斜拉桥正常运营条件下振动特性的变异性
收稿日期:2001-05-28
基金项目:国家自然科学基金资助项目(59878037);上海教育发展基金会曙光计划资助项目(2000sg10)作者简介:张启伟(1966-),男,江苏南通人,副教授,工学博士.
斜拉桥正常运营条件下振动特性的变异性
张启伟
(同济大学桥梁工程系,上海 200092)
摘要:由于环境与运营条件的变化,桥梁结构的振动行为是时变的.桥梁振动动力特性的变异性是基于振动的健康监测技术难以实际应用的原因之一.利用徐浦大桥环境振动监测数据,研究斜拉桥在正常运营条件下动力特性的变化.结果表明:即使在较为稳定的风与温度环境下,该桥整体振动的频率在一天内可以发生接近1%的变化;各振型模态幅值与各测点模态挠度的变化不大;但模态阻尼比对大桥振动强度较敏感,尤其当振动加速度均方根值超过某一水平时,模态阻尼迅速增大.
关键词:斜拉桥;动力特性;环境振动;健康监测;系统识别
中图分类号:U 448.27 文献标识码:A 文章编号:0253-374X (2002)06-0661-06
Variability in Dynamic Properties of Cable -stayed Bridge
under Routine Traffic Conditions
ZHA N G Qi -wei
(Department of Bridge Engineering ,Tongji University ,Shanghai 200092,China )
Abstract :The variability in the dynamic properties of a cable -stayed bridge under routine traffic conditions is investigated.First ,ambient vibration test was conducted on the bridge under a relatively steady wind and tem 2perature environment and normal traffic conditions.Totally 24h acceleration response time histories were recorded.Then the data are divided in sequence of time into twelve segments with each data segment contain 2ing 2h measurements.Thereby the modal variability due to changing traffic loading is investigated in both am 2plitude and frequency domains.It is indicated that the natural frequencies of almost all of the global modes vary within 1%.The variations of the modal amplitudes of each mode as well as of the modal deflection at each measurement position are negligible.However ,the damping ratios are sensitive to the vibration intensity ,espe 2cially when the deck vibration exceeds a certain level.
Key words :cable -stayed bridge ;dynamic property ;ambient vibration ;health monitoring ;system identifi 2
cation
在桥梁健康监测领域,大量的研究工作集中在基于振动的损伤识别技术的开发[1].该技术旨在通过对结构振动数据的分析,对结构完整性作出快速评估.这类方法的一个基本前提是:损伤会改变结构的物理特性,从而引起结构动力指纹的改变.在提出的众多结构动力指纹中,最基本、使用最广泛的是结构的动力特性(固有频率、阻尼比和模态振型).然而,基于振动的损伤识别技术的实际运用还面临许多挑战,其中之一来自于结构振动特性的变异性.这一变异性是运营中桥梁的正常行为,与结构本身的变化无关.因而,研究桥梁动力特性的变异性并将其量化,从而在监测到的结构动力特性的变化中将这一正常的变异与由损伤引起的变化区分开来是非常必要的.
桥梁结构振动特性的变异性主要与环境条件和交通荷载的变化有关.对于中、小跨径桥梁,温度是影
第30卷第6期2002年6月
同 济 大 学 学 报
JOURNAL OF TON G J I UN IVERSITY Vol.30No.6
J un.2002
响结构振动行为的重要因素.研究表明[2],即使没有出现结构变化,这类桥梁整体振动的固有频率在一年内也可以发生10%甚至更大的变化.对于大跨度索支承桥梁,由于柔性结构力学行为与振幅的相关性,其动力特性不仅与环境温度有关,而且与风和交通荷载有很大关系.Fujino 等曾就风速对悬索桥基本模态特性的影响进行研究[3].然而,运行条件(车辆荷载)对动力特性的影响的研究尚很缺乏.
本文以上海徐浦大桥为背景,研究斜拉桥在正常运营条件下结构振动特性的变异性.如前所述,环境条件(如风荷载、温度)和交通荷载的变化都可能引起桥梁振动特性的变化.但在工程应用中,欲将各种因素的影响完全分离开来是不现实的.这里,为减小环境因素的干扰,试验特意选定在微风且气温变化相对较小的时间进行,以获得主要反映运营条件影响的斜拉桥振动特性的变化.
1 桥梁与振动监测简介
1.1 徐浦大桥
徐浦大桥是上海黄浦江上继南浦、杨浦大桥之后的又一座斜拉桥,于1997年建成通车.大桥主体为双图1 徐浦大桥结构示意图(单位:m)
Fig.1 Schematic representation of X upu B ridge(unit :m)
塔双索面钢-混凝土组合结构,主跨590m.大桥桥面总宽35.95m ,双向8车道布置.主跨桥道由钢箱梁和预制混凝土板组成,边跨为预应力混凝土梁.矩形截面钢箱梁高2.7m ,宽1.9m ,两钢箱梁由I 形钢横梁连接.在钢箱梁和钢横梁顶部由剪力键联结高为0.26至0.46m 的钢筋混凝土板构成桥面.两桥塔均为A 字形混凝土结构,基础顶面到塔顶高212.5m.全桥共120对拉索,其中最长的拉索约为325m ;两索面在桥面上相距32m.大桥立面和桥道梁截面见图1.1.2 振动监测
图2为徐浦大桥振动监测测点布置及测试系统示意图.由16只低频单轴压电式加速度传感器拾取桥面的振动响应;其中14只传感器测量竖向响应,沿主跨桥面两侧等间距对称布设;另外2只用于测量横向加速度响应,分别布置于主跨跨中和四分之一点处.振动信号经由两个8通道低通滤波放大器进入数据采集与控制系统.需要指出的是,欲获得斜拉桥结构的振动特性,一般须在桥面、桥塔和拉索的多个位置布置足够多的测点.然而,由于徐浦大桥监测系统投资规模有限,振动监测仅在桥梁主跨的桥面上布设测点
.图2 振动监测测点布置及信号采集系统
Fig.2 Illustration of measurement positions and signal recording system
测试时,信号采样频率设为10.0Hz ,记录时间为24h ,以覆盖一天中所有的交通状况.因此,每个通道共获得864000个数据.
2
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1.3 环境监测
图3 钢箱梁30min 平均温度
Fig.3 30min -mean temperatures measured in steel box girder
为了突出交通荷载对桥梁振动特性的影响,尽量减小环境因素的干扰,试验应选定在微风且气温变化较小的时间进行.根据天气预报,试验于2000年11月21至22日进行.
测试期间天气晴朗,气温4～11℃,风速1～3m ?s -1.为获得结构温度变化,在振动测试的同时,利用大桥温度监测子系统记录了主跨跨中断面钢箱梁的温度时程.温度记录每10min 一次.图3给出了各测点24h 测试期间的30min 平均温度界限值.
2 试验模态分析
在研究大桥动力特性变异性之前,首先利用监测到的全部24h 记录识别结构的动力特性.本文采用
基于快速傅里叶变换(FF T )技术的频域识别法进行系统识别.各个测点振动信号首先通过带通滤波去除低频及高频成分,然后对滤波后的信号进行谱分析得到所有测点的功率谱密度函数;同时,由互谱分析得到各测点与选定的参考点之间的相干函数和相位差函数.根据各测点的功率谱蜜度函数结合相应的相干函数确定各阶振动的固有频率;模态振型由功率谱密度函数和相位差函数确定.根据识别的固有频率,运用一种改进的半功率带宽法[4]识别各阶振型的模态阻尼比. 通过0.1s 采样间隔、4096采样点的FF T 分析计算各测点的自功率谱密度函数,相应的频率分辨率为0.0024Hz.图4为加速度信号与自谱曲线示例.互谱分析时,分别利用3号和15号测点作为桥道板竖向和横向振动分析的参考点
.
图4 加速度信号与谱分析示例
Fig.4 Typical acceleration d ata
按前述方法进行模态识别,并借助该桥竣工试验振动测试和有限元分析结果,获得大桥2Hz 以下的
17个振型,包括9个竖向弯曲、7个扭转和1个侧向弯曲振型,其振动频率列于表1.由于第4阶竖弯和第2阶扭转振型分别与第1阶扭转和第5阶竖弯振型非常接近,所以未能可靠地识别.表1还给出了大桥固有振动频率的有限元分析结果和竣工试验环境振动试验实测结果.从表中可以看出,由两次环境振动试验得到的大桥固有频率非常相近,两次结果相差不到1%;说明大桥经过3年的运营,其固有振动频率变化很小.
3
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表1 斜拉桥低阶振动频率与振型
T ab.1 Frequencies and mode natures of brid ge
振型
振动频率/Hz
有限元
环境振动实测值
本次试验 竣工试验
变化1)/%
振型特征
V1
0.3060.3150.316-0.321阶竖弯,对称V20.3690.3760.3750.202阶竖弯,反对称V30.4960.551
0.551
0.00
3阶竖弯,对称V40.579—
—
—
4阶竖弯,反对称V50.6440.7030.705-0.285阶竖弯,对称V60.7400.7750.7700.656阶竖弯,反对称V7 1.098 1.125 1.1180.637阶竖弯,对称V8 1.252 1.301 1.2900.858阶竖弯,反对称V9 1.445 1.530 1.534-0.269阶竖弯,对称V10 1.708 1.788 1.7810.3910阶竖弯,反对称T10.6150.603
0.602
0.17
1阶扭转,对称T20.691—
—
—
2阶扭转,反对称T30.8720.8470.8440.363阶扭转,对称T4 1.140 1.019 1.0160.304阶扭转,反对称T5 1.206 1.174 1.178-0.355阶扭转,对称T6 1.404 1.363 1.3550.596阶扭转,反对称T7 1.678 1.647 1.6360.677阶扭转,对称T8 1.947 1.869 1.8660.168阶扭转,反对称L1
0.361
0.412
0.410
0.49
1阶侧弯,对称
1)本次试验结果相对于竣工试验环境振动实测结果的变化.
图5 加速度均方根随时间的变化(2:测点号)
Fig.5 V ariation of RMA acceleration with time
(2:measurement position code)
3 动力特性的变异性
值得注意的是,上述动力特性的识别是利用全部24h 监测数据得到的,因而不同交通条件下结构行为的可能变化被“平均”了.为获得由于交通运行条件的改变而引起的动力特性的变化,这里根据日常交通状况,将测得的24h 数据按时间等分为12段,每个数据段包含长2h 、对应一定交通条件的振动数据.由此,通过对每个数据段的数据处理来跟踪桥梁振动特性的变化.3.1 振动响应水平
加速度响应的均方根是振动强度的一个反映.因此,对每个测点的响应进行了0～4Hz 频率带宽内的加速度均方根计算,部分结果绘于图5.结果表明,大桥竖向振动加速度均方根在一天内呈现较大的变化;而横向振动加速度均方根变化很小.例如,跨中(4号测点)的竖向加速度均方根值在1.53～2.94cm ?s -2之间变化.总的来看,上午8点至晚上8点大桥振动加速度均方根值比晚上10点至次日早上6点的大.由于测试过程中风速较低且变化微小,可以认为大桥振动强度的变化主要由车辆荷载的变化引起.振动强度的变化同时表明,大桥的动力响应在一定的时间尺度内是非平稳的.3.2 振动频率的变化
假定桥梁在车辆荷载下的响应是分段平稳的,且每2h 时段内的响应是平稳过程.据此,可以对各个数据段的信号进行频域模态分析.
图6为对应于各个数据段的各阶振动固有频率,显示了固有频率在1d 内随时间的变化以及各阶频率的平均值.可以看出,大桥的振动频率在1d 内会有变化,尽管变化不大.图7显示了各阶固有频率1d 内的最大相对变化.可见,不同振型固有频率的变化量不同;除第9阶竖弯振型(V9)的频率变化为1.1%外,其余所有振型的频率变化均在1%以内.由于频率分辨率的原因,
4
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振型V2,V5和L1的频率变化未能识别出来.另外,某些振型的频率(例如V6,V9及V10)在晚上8点至次日上午6点间略有增大,而这一时段大桥加速度均方根值相对较小.另一方面,这些振型频率的增大可能部分地与晚间温度相对较低有关
.
图6 实测固有频率随时间的变化(水平直线为相应频率的平均值)
Fig.6 V ariation of measured natural frequencies with time within a d ay (horizontal straight line indicating
the average frequency of corresponding mode)
表2 实测振型的变化T ab.2 V ariation of measured mode shapes 振型
MAC 的
最小值
NMD 值
/%振型
MAC 的
最小值
NMD 值/%V10.9987 3.61V70.99328.27V20.9994 2.45T50.9968 5.67V30.9982 4.25V80.9955 6.72T10.9970 5.49T60.9971 5.39V50.9991 3.00V90.99139.37V60.99069.74T70.9983 4.13T30.9967 5.75V100.9979 4.59T4
0.998
4.48
T8
0.996
1
6.26
图7 固有频率1d 内的相对变化
Fig.7 R elative maximal variation of natural
frequencies within a d ay
3.3 模态幅值的变化
各阶振型在24h 里保持不变.但是,模态
分析结果显示,每一阶振型的模态幅值呈现轻微的变化.为度量这一变化,以对应于晚上8点至10点时段的模态向量作为参考振型,
对应于其它各时段的模态向量分别与之比
较.首先以“模态保证准则”
(MAC )[5]评估各阶振型在各个时段的模态幅值相对于参考模态的变化.结果表明,所有振型对应各个时段
的MAC 值都非常接近于1.表2给出了每一
阶振型的表征其最大整体变化的MAC 最小
值.为了“放大显示”各振型的模态幅值变化,
表2还给出了相应于各MAC 最小值的“正则化模态差异”
(NMD )[6]计算值.从这些NMD 值可以看出,所有实测振型的整体平均模态幅值变化在10%以内,其中变化最大的是6阶竖弯振型(9.74%).
为获得各测点位置模态挠度的变化,还对各测点计算了“坐标模态保证准则”
(COMAC )值.计算结果表明,所有测点处的COMAC 最小值在0.9924至0.9892之间,说明运营条件引起的各测点处模态挠度
的变化很小.3.4 模态阻尼的变化
从各个数据段获得的模态阻尼比表明,除侧弯振型外,各阶振型的模态阻尼比在24h 的测试过程中呈现较大的变化.由于模态阻尼的空间变化,本文以对应于各振型最大模态幅值的测点的阻尼比进行讨论.总体上,绝大部分振型的模态阻尼比在1d 内有大于100%的变化.大桥的模态阻尼主要由结构阻尼和气动阻尼构成.由于大桥振动监测期间风速很小且变化不大,可以认为阻尼比的变化主要与车辆荷载引起的结构振动强度的变化有关,而气动阻尼部分的变化可以忽略.
进一步分析表明,大桥低频振动阻尼比对振动强度的变化较为敏感.图8显示了所有竖弯和扭转振型实测阻尼比随加速度均方根的变化.可以看出,当桥面振动加
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速度均方根值超过某一水平时(图中为2.5cm ?s -2,4号测点),所有竖弯和扭转振型阻尼比均明显增大.另外,由相关分析得到各振型阻尼比与加速度均方根值的相关系数大都在0.7至0.9之间(除振型T1外),表明二者存在一定的相关性
.
图8 实测阻尼比随加速度均方根的变化
Fig.8 Estimated d amping ratios versus RMS acceleration measured at position 4
4 结论
本文通过对徐浦大桥连续24h 的环境振动监测数据的分析,研究了斜拉桥正常运营条件下结构振动
特性的变化.结果表明:
(1)日常运营条件下,由于车辆荷载的变化,大桥振动强度随时间变化;桥面振动加速度响应是非平稳的.因此,即使在稳定的风和温度环境下,大桥实测动力特性也是变化的.
(2)徐浦大桥2Hz 以下的整体振动固有频率在1d 中可以发生接近1%的变化.交通荷载的变化对桥梁振动频率有一定的影响.
(3)大桥各阶振型模态幅值的变化很小;车辆荷载引起的桥面各位置模态挠度的变化甚微.但是,桥梁各振型的阻尼比在1d 内可以发生很大的变化.阻尼比随桥梁振动强度而变化;当桥面加速度响应均方根超过某一水平时,几乎所有振型的阻尼比均明显增大.
本文的研究结果有助于基于振动的结构健康监测技术的开发与应用.但是,对于变化的环境条件(如风、温度等)对桥梁振动特性的影响还需进一步的研究.参考文献:
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滚动轴承的振动机理与信号特征
滚动轴承的振动机理与信号特征 滚动轴承的振动可由外部振源引起，也可由轴承本身的结构特点及缺陷引起。此外，润滑剂在轴承运转时产生的流体动力也可以是振动（噪声）源。上述振源施加于轴承零件及附近的结构件上时都会激励起振动。 一、滚动轴承振动的基本参数 1．滚动轴承的典型结构 滚动轴承的典型结构如图1所示，它由内圈、外圈、滚动体和保持架四部分组成。 图1 滚动轴承的典型结构 图示滚动轴承的几何参数主要有： 轴承节径D：轴承滚动体中心所在的圆的直径 滚动体直径d：滚动体的平均直径 内圈滚道半径r1：内圈滚道的平均半径 外圈滚道半径r2：外圈滚道的平均半径 接触角α：滚动体受力方向与内外滚道垂直线的夹角 滚动体个数Z：滚珠或滚珠的数目 2．滚动轴承的特征频率 为分析轴承各部运动参数，先做如下假设：
(1)滚道与滚动体之间无相对滑动； (2)承受径向、轴向载荷时各部分无变形； (3)内圈滚道回转频率为fi; (4)外圈滚道回转频率为fO; (5)保持架回转频率（即滚动体公转频率为fc）。 参见图1，则滚动轴承工作时各点的转动速度如下： 内滑道上一点的速度为：V i=2πr1f i=πf i(D-dcosa) 外滑道上一点的速度为：V O=2πr2f O=πf O(D+dcosa) 保持架上一点的速度为：V c=1/2(V i+V O)=πf c D 由此可得保持架的旋转频率（即滚动体的公转频率）为： 从固定在保持架上的动坐标系来看，滚动体与内圈作无滑动滚动，它的回转频率之比与d/2r1成反比。由此可得滚动体相对于保持架的回转频率（即滚动体的自转频率，滚动体通过内滚道或外滚道的频率）fbc 根据滚动轴承的实际工作情况，定义滚动轴承内、外圈的相对转动频率为 一般情况下，滚动轴承外圈固定，内圈旋转，即： 同时考虑到滚动轴承有Z个滚动体，则滚动轴承的特征频率如下：滚动体在外圈滚道上的通过频率zfoc为：
转动设备常见振动故障频谱特征案例分析
转动设备常见振动故障频谱特征及案例分析 一、不平衡 转子不平衡是由于转子部件质量偏心或转子部件出现缺损造成的故障，它是旋转机械最常见的故障。结构设计不合理，制造和安装误差，材质不均匀造成的质量偏心，以及转子运行过程中由于腐蚀、结垢、交变应力作用等造成的零部件局部损坏、脱落等，都会使转子在转动过程中受到旋转离心力的作用，发生异常振动。 转子不平衡的主要振动特征： 1、振动方向以径向为主，悬臂式转子不平衡可能会表现出轴向振动； 2、波形为典型的正弦波； 3、振动频率为工频，水平与垂直方向振动的相位差接近90度。 案例：某装置泵轴承箱靠联轴器侧振动烈度水平13.2 mm／s，垂直11.8mm ／s，轴向12.0 mm／s。各方向振动都为工频成分，水平、垂直波形为正弦波，水平振动频谱如图1所示，水平振动波形如图2所示。再对水平和垂直振动进行双通道相位差测量，显示相位差接近90度。诊断为不平衡故障，并且不平衡很可能出现在联轴器部位。
解体检查未见零部件的明显磨损，但联轴器经检测存在质量偏心，动平衡操作时对联轴器相应部位进行打磨校正后振动降至2.4 mm／s。 二、不对中 转子不对中包括轴系不对中和轴承不对中两种情况。轴系不对中是指转子联接后各转子的轴线不在同一条直线上。轴承不对中是指轴颈在轴承中偏斜，轴颈与轴承孔轴线相互不平行。通常所讲不对中多指轴系不对中。 不对中的振动特征： 1、最大振动往往在不对中联轴器两侧的轴承上，振动值随负荷的增大而增高；
2、平行不对中主要引起径向振动，振动频率为2倍工频，同时也存在工频和多倍频，但以工频和2倍工频为主； 3、平行不对中在联轴节两端径向振动的相位差接近180度； 4、角度不对中时，轴向振动较大，振动频率为工频，联轴器两端轴向振动相位差接近180度。 案例：某卧式高速泵振动达16.0 mm／s，由振动频谱图(图3)可以看出，50 Hz（电机工频）及其2倍频幅值显著，且2倍频振幅明显高于工频，初步判定为不对中故障。再测量泵轴承箱与电机轴承座对应部位的相位差，发现接近180度。 解体检查发现联轴器有2根联接螺栓断裂，高速轴上部径向轴瓦有金属脱落现象，轴瓦间隙偏大；高速轴止推面磨损，推力瓦及惰性轴轴瓦的间隙偏大。检修更换高速轴轴瓦、惰性轴轴瓦及联轴器联接螺栓后，振动降到A区。 三、松动 机械存在松动时，极小的不平衡或不对中都会导致很大的振动。通常有三种类型的机械松动，第一种类型的松动是指机器的底座、台板和基础存在结构松动，或水泥灌浆不实以及结构或基础的变形，此类松动表现出的振动频谱主要为1x。第二种类型的松动主要是由于机器底座固定螺栓的松动或轴承座出现裂纹引起，其振动频谱除1X外，还存在相当大的2X分量，有时还激发出1／2X和3X振动
大跨极窄人行悬索桥动力特性及风振响应研究
第40卷第9期建 筑 结 构2010年9月 大跨极窄人行悬索桥动力特性及风振响应研究 熊耀清, 何云明, 吴小宾 (中国建筑西南设计研究院有限公司,成都610081) [摘要] 以一个跨度199m 、宽跨比仅1P 132,且地处峡谷的钢结构柔性悬索桥为工程背景,采用ANSYS 有限元软件进行了大跨极窄人行悬索桥动力特性及非线性风振响应研究。结果表明,该类桥的基本周期较通常的大型公路悬索桥明显偏短,采用抗风缆的抗风措施能够改变结构振型的排列顺序和改善结构抗风性能;采用基于线性滤波法的自回归(AR)模型应用MATLAB 模拟了考虑桥址风特性的水平及竖向脉动风时程,结果表明满足分析与设计需求;比较了水平及水平和竖向风工况下有无抗风措施时悬索桥的非线性风振响应,结果表明结构抗风性能满足安全要求。 [关键词] 大跨极窄悬索桥;动力特性;桥址风特性;非线性风振;抗风措施 Research on dynamic characteristics and wind vibration response of a pedestrian large -span and slender suspension bridge Xiong Yaoqing,He Yunming,Wu Xiaobin (Chi na South west Architectural Design and Research Institute Co.,Ltd.,Chengdu 610081,China) Abstract :Based on a steel truss flexible suspension bridge in mountainous area,which has the main span of 199m and the wide -span ratio of 1P 132,the dynamic characteristics and nonlinear wind vibration response of the pedestrian large -span and slender suspension bridge were analyzed by ANSYS.The resul ts indicate that the basic period of the bridge is shorter than that of general large high way suspension bridge obviously,and the wind fortification measures can change dynamic characteristic of the suspension brid ge and can increase its wind resistance performance.Considering the wind characteri stics of the bridge si te,the wind load history was simulated with AR model by MATLAB https://www.360docs.net/doc/7e9740007.html,pared the nonlinear wind vibration response with and wi thou t forti fication measures under horizontal and horizontal &vertical wind load,i t shows that the wind resistance performance of the brid ge is qualified when i t comes to safety requirement. Keywords :large -span and slender suspension bridge;dynamic characteristic;wind characteristics of the bridge site;nonlinear wind vibration;wind fortification measures 作者简介:熊耀清,博士,高级工程师,Emai l:xyq729730@https://www.360docs.net/doc/7e9740007.html, 。 0 引言 大跨度、窄桥面悬索桥造价低廉、施工方便,在我 国西部山区应用较多。因其上部结构刚度较小,对风敏感,且多建于风场复杂的峡谷、山口等特殊地形山区[1],导致结构所承受的风荷载不同于常规结构,从而对抗风设计提出了更高的要求。而现有的大跨悬索桥的风振响应分析都是基于大型公路桥梁[2,3],现行桥梁设计规范对于大跨极窄的人行悬索桥没有相关规定。为给该类悬索桥的抗风设计及施工提供基本数据,以某景区的人行悬索桥为工程背景,研究了其结构自身的动力特性及桥址处山区风特性,进行了详细的风荷载静力及非线性风振响应分析,并比较了采用加抗 风缆、栏杆、中央扣等抗风措施后悬索桥的抗风性能。1 工程概况 某悬索桥地处低山丘陵地带,山体呈V 形走廊,海拔高度650~700m,桥体横跨东、西两岸,桥面相对谷底的垂直高度约为100m 。该桥主要用于连接两岸,桥型 布置如图1所示。采用单跨钢结构柔性悬索桥形式,跨度199m,主缆间距115m,矢跨比1P 1312,宽跨比达1P 132,吊杆间距310m 。主缆为悬索桥主要承重结构,两端固定于锚碇,两岸桥塔为主缆提供中间支承(在塔顶设置主索鞍)。加劲梁及桥面系通过吊杆悬挂于主缆上,并在主塔处设置支座,提供支承,抗风缆通过抗风拉索与桥面横梁相连,并组成一个与铅垂面呈30b 夹角的平面。主缆采用2根7<38的平行钢丝束索,抗拉强度1770MPa;吊杆采用圆钢<40;抗风缆采用2根<44的钢丝束索,抗拉强度1770MPa 。桥面系包括加劲梁、桥面铺装、栏杆等,加劲梁为梁格体系,由纵、横梁及风联钢构(即桥面水平撑)焊接而成,纵、横梁分别采用工 字钢I14,I20,材质为Q345;桥面铺装为宽300mm 、厚80mm 松木板条,间缝10mm,木板采用锚栓与桥面纵梁连接,栏杆采用<50钢管,间距115m;桥塔为钢筋混凝 148
旋转机械振动的基本特性
旋转机械振动的基本特性 概述 绝大多数机械都有旋转件，所谓旋转机械是指主要功能由旋转运动来完成的机械，尤其是指主要部件作旋转运动的、转速较高的机械。 旋转机械种类繁多，有汽轮机、燃气轮机、离心式压缩机、发电机、水泵、水轮机、通风机以及电动机等。这类设备的主要部件有转子、轴承系统、定子和机组壳体、联轴器等组成，转速从每分钟几十到几万、几十万转。 故障是指机器的功能失效，即其动态性能劣化，不符合技术要求。例如，机器运行失稳，产生异常振动和噪声，工作转速、输出功率发生变化，以及介质的温度、压力、流量异常等。机器发生故障的原因不同，所反映出的信息也不一样，根据这些特有的信息，可以对故障进行诊断。但是，机器发生故障的原因往往不是单一的因素，一般都是多种因素共同作用的结果，所以对设备进行故障诊断时，必须进行全面的综合分析研究。 由于旋转机械的结构及零部件设计加工、安装调试、维护检修等方面的原因和运行操作方面的失误，使得机器在运行过程中会引起振动，其振动类型可分为径向振动、轴向振动和扭转振动三类，其中过大的径向振动往往是造成机器损坏的主要原因，也是状态监测的主要参数和进行故障诊断的主要依据。 从仿生学的角度来看，诊断设备的故障类似于确定人的病因：医生需要向患者询问病情、病史、切脉（听诊）以及量体温、验血相、测心电图等，根据获得的多种数据，进行综合分析才能得出诊断结果，提出治疗方案。同样，对旋转机械的故障诊断，也应在获取机器的稳态数据、瞬态数据以及过程参数和运行状态等信息的基础上，通过信号分析和数据处理提取机器特有的故障症兆及故障敏感参数等，经过综合分析判断，才能确定故障原因，做出符合实际的诊断结论，提出治理措施。 根据故障原因和造成故障原因的不同阶段，可以将旋转机械的故障原因分为几个方面，见表1。 表1 旋转机械故障原因分类
大跨径混合梁斜拉桥的动力特性分析
大跨径混合梁斜拉桥的动力特性分析 发表时间：2018-12-13T09:25:46.667Z 来源：《建筑模拟》2018年第27期作者：范晓杰 [导读] 本文以一个大跨径的混合梁斜拉桥为例，采用大型有限元分析软件madis civil建立模型，用子空间迭代法对模态进行求解，得出了自振频率、振型，并结合混合梁斜拉桥的结构特点分析其动力特性。 范晓杰 浙江省嘉兴市交通工程质量安全监督站 314000 摘要：本文以一个大跨径的混合梁斜拉桥为例，采用大型有限元分析软件madis civil建立模型，用子空间迭代法对模态进行求解，得出了自振频率、振型，并结合混合梁斜拉桥的结构特点分析其动力特性。在此基础上考虑分别在横向和纵向输入地震波，用反应谱法分析产生的影响。结果表明，前十阶振型中竖向振型较多，频谱较为密集，没有出现扭转振型，纵向、横向的振型耦联效应较小等，为目前其他同类型混合梁斜拉桥的动力特性分析研究提供参考。 一、工程概况 永川长江大桥主桥全长1008m，跨径布置为（64+68+68+608+68+68+64）m的7跨半漂浮体系混合梁斜拉桥，边跨设置1个过渡墩，2个辅助墩。索塔采用宝瓶型钢筋混凝土索塔，塔高分别为196.7m、207.4m。边跨为预应力PK断面混凝土箱梁，中跨也为同外形的PK断面钢箱梁，梁高3.5m，宽37.6m。拉索为双索面扇形构造，边跨11对索间距为10m，7对索间距为8m，主跨索间距为15m。 二、斜拉桥的动力特性分析 结构的动力响应取决于结构本身的动力特性和外部荷载的激励，所以在进行抗风稳定、抗震分析时往往得先进行自振特性分析。 采用子空间迭代法计算自振频率及相应的振型如表3.1所列。 表3.1桥梁的自振特性 一阶振型为纵飘，这是由于斜拉桥的设计主要考虑控制结构的横向和竖向变位，而允许纵向移动，很好的提高了桥梁的抗震能力。 二阶振型为主梁对称竖弯，主梁的竖弯也会引起桥塔的纵向弯曲，从表3.1中可以发现在前十阶振型中出现较多的主梁对称和反对称竖弯，因此在抗震设计中要着重考虑主梁的竖向和桥塔的纵向位移。 三阶振型为主梁对称横弯，这说明了主梁的横向刚度较小，抗风稳定性较差，在抗震设计中也应该注意控制。 结构的一阶对称竖弯、横弯振型出现在2、3阶，根据经验这符合大跨度斜拉桥的动力特性的一般特点。 表3.1中没有出现扭转振型，这符合双索面、箱梁布置的斜拉桥动力特性，抗扭刚度较大。 本桥的前十阶振型自振频率在0.0823～0.8684，说明结构的模态比较密集，在动荷载作用下许多振型容易被引起强烈的振动。 在前十阶振型中出现了很多的主梁竖向弯曲，这是由于混合梁斜拉桥中钢箱梁的刚度小于混凝土梁的刚度而引起的。 为了分析本桥的纵、横向的耦联效应，分别在纵向、横向输入地震波。考虑该桥所在区域抗震设防烈度为7度，场地类别为Ⅰ类，选择主梁的内力值进行分析，结果如表3.2所示，塔顶、跨中的位移如表3.3所示。 表3.2 主梁内力值分析结果 表3.3 塔顶、跨中位移值（单位：mm） 横向地震反应引起的主梁反应主要是y方向的剪力和弯矩，且混凝土梁的反应大于钢箱梁；而x方向、z方向的剪力及弯矩都较小。纵向地震反应时主梁x、z方向剪力及弯矩较大，说明在输入纵向地震反应时结构会产生竖向内力，混凝土梁的反应亦大于钢箱梁。
发动机振动特性分析与试验
发动机振动特性分析与试验 作者：长安汽车工程研究院来源：AI汽车制造业 完善的项目前期工作预示着更少的项目后期风险，这也是CAE工作的重要意义之一。在整机开发的前期（概念设计和布置设计阶段），由于没有成熟样机进行NVH试验，很难通过试验的方法预测产品的NVH水平。因此，通过仿真的方法对整机NVH性能进行分析甚至优化显得十分重要。 众所周知，发动机NVH是个复杂的概念，包括发动机的振动、噪声以及个体对振动和噪声的主观评价等。客观地说，噪声与振动也相互联系，因为发动机一部分噪声由结构表面振动直接辐射，另一部分由发动机燃烧和进排气通过空气传播。除此之外，发动机附件（如风扇）也存在噪声贡献。本文仅考虑发动机结构振动问题，即在主轴承载荷、燃烧爆发压力和运动件惯性力的作用下，对发动机结构振动进行分析以及与试验的对比。发动机结构噪声的激励源主要包括燃烧爆发压力、气门冲击、活塞敲击、主轴承冲击、前端齿轮/链驱动和变速器激励等，这些结构振动又通过缸盖罩、缸盖、缸体和油底壳等传出噪声。 发动机结构振动分析方法简介 图1 发动机结构振动分析方法 如图1所示，发动机结构噪声分析方法包括以下几个步骤： 1. 动力总成FE建模及模态校核 建立完整的短发动机和变速器装配的有限元模型；对该有限元模型进行模态分析，通过分析结果判断各零件间连接是否完好；通过分析结果判断动力总成整体模态所在频率范围是否合理，零部件的局部模态频率是否合理，若存在整体或局部模态不合理的情况，需要对结构进行初步更改或优化。
2. 动力总成模态压缩 缩减有限元模型，得到动力总成的刚度、质量、几何以及自由度信息，用于多体动力学分析。 3. 运动件简化模型建立 发动机中的部分动件不用进行有限元建模，可作简化处理，形成梁-质量点模型，用于多体动力学分析。其中包括：活塞组、连杆组和曲轴及其前后端。 4. 动力总成多体动力学分析 在定义了动力总成各零部件间连接并且已知各种载荷的情况下，对动力总成进行时域下的多体动力学分析，并对得到的发动机时域和频域下的动态特性进行评判，同时，其输出用于结构振动分析。 5. 动力总成结构振动分析 基于多体动力学分析结果，对整个动力总成有限元模型进行强迫振动分析，得到发动机本体、变速器以及各种外围件的表面振动特性，进行评判和结构优化。 实例分析 1. 分析对象 以一款成熟的直列四缸1.5L发动机为平台，针对其结构振动问题，对其进行结构振动CAE 分析，并与其台架试验结果相比较。发动机的部分参数如下：缸径75mm，冲程85mm，缸间距84mm，最大缸压6MPa。 2. 坐标定义 为了便于以后叙述，对动力总成进行了坐标定义（见图2）。
船舶原理 螺旋桨 螺距
第一章绪论 第二章螺旋桨的几何特征 一、主要内容 1、本课题的主要研究内容； 2、有效马力、机器马力、收到马力和传送效率、推进效率和推进系数的 概念； 3、螺旋桨的外形和名称及几何特征的有关专业术语。 二、重点内容 1、有效马力、机器马力、收到马力和传送效率、推进效率和推进系数的 概念； 2、桨叶数、桨的直径、螺距比和盘面比等概念。 三、教学方法 多媒体授课、结合螺旋桨模型组织教学 四、思考题 1、什么是有效马力、机器马力、收到马力和传送效率、推进效率和推进 系数？ 2、表征螺旋桨几何特征的主要参数有哪些？ 三、下讲主要内容 理想推进器理论。
第一章绪论 一、本课题的研究对象和内容 1、船舶快速性 船舶在给定主机马力（功率）情况下，在一定装载时于水中航行的快慢问题。 2、推进器 将能源（发动机）发出的功率转换为推船前进的功率的专门装置或机构。常见的推进器为螺旋桨。 3、主要内容 1）推进器在水中运动时产生推力的基本原理及其性能好坏； 2）螺旋桨的图谱设计方法。
二、马力及效率 1、有效马力P E 1）公制有效马力（本教材常用）2）英制有效马力式中，Te 为有效推力（kgf ），R 为阻力（kgf ），v 为船速（m/s ）E ()7575P v Rv UShp =e ＝或hp T E ()7676P v Rv UKhp =e ＝T 思考：在船舶专业中常用的速度单位还有哪些？
2、主机马力和传送效率 推进船舶所需要的功率由主机供给，主机发出的马力 称为主机马力，以P S 表示。 主机马力经减速装置、推力轴承及主轴等传送至推进器，在主轴尾端与推进器联接处所量得的马力称为推进器 的收到马力，以P D 表示。 传送效率η s ＝P D / P S ，它反映了推力轴承、轴承地、 尾轴填料函及减速装置等的摩擦损耗。
大跨度斜拉桥动力特性分析(精)
大跨度斜拉桥动力特性分析Ξ 陈淮郭向荣曾庆元 (郑州工业大学土建系,郑州,450002(长沙铁道学院土木系,长沙,410075 摘要本文提出一种计算大跨度钢桁梁斜拉桥动力特性的方法。文中分别采用桁段 有限单元、空间梁元、空间杆元计算斜拉桥中桁架、桥塔、 拉索的刚度矩阵与质量矩阵, 采用子空间迭代法求解特征方程,所得结果可供设计参考。 关键词有限元法;斜拉桥;自振频率;振型 分类号U 44112 1引言 桥梁结构的动力特性包括自振频率及主振型等,它是桥梁计算的重要课题之一。桥梁结构的动力特性反映了桥梁的刚度指标,它对于正确地进行桥梁的抗震设计及维护,有着重要的意义。我国设计的某大跨度钢桁梁斜拉桥,这种桥型的自振频率和主振型的计算困扰着设计人员。钢桁梁斜拉桥是一个空间杆系结构,从理论上讲计算这种结构的空间振动自振频率及主振型并不是十分困难。然而,由于桥梁结构复杂,自由度很大,加上实际桥梁受结点及支座的约束等,完全由理论按空间梁元计算钢桁梁斜拉桥自振频率及主振型并不容易。本文探讨这种桥型动力特性的计算方法,对于桁梁、应用桁段有限元法,将桁梁取为桁段单元,每个桁梁节间断面有10个自由度。桥塔取为空间梁单元,每个结点有6个自由度。斜拉桥拉索取为空间桁元,分析了国内设计中的某特大跨度斜拉桥的自振特性。文中在形成结构总体刚度矩阵
及质量矩阵时,使用形成矩阵的“对号入座”法则〔1〕,能很简便地考虑桥门架、横联等局部构件的作用。数值算例表明,这种方法使用方便,结果可靠,结构自由度数可大大降低等优点,是斜拉桥动力分析的有效方法。 2计算模型及其主要假定 211桥梁简介 国内设计的某特大跨度钢桁梁斜拉桥为双塔双索面斜拉桥。主梁采用五跨连续钢桁梁,其中主跨跨长368米,主梁宽20米,主梁高1415米,总长864米;桥塔是一个钢筋混凝土框架,塔高113米,每塔有10对索与主梁相连,构成扇形索面,桥梁简图如图1所示。 212计算模型及主要假定 21211桁梁单元 钢桁梁斜拉桥是一个相当复杂的结构,为了减少自由度,主桁采用桁段有限元计算,在不失对桥梁结构主要因素研究的前提下,本文采用以下主要假定: 第14卷第1期 计算力学学报V o l .14N o.11997年2月CH I N ESE JOU RNAL O F COM PU TA T I ONAL M ECHAN I CS February 1997 Ξ河南省自然科学基金资助。 本文于1995年9月5日收到,1996年7月8日收到修改稿。
桥梁动力分析
模拟环境对塔玛悬索桥动力特性的影响 摘要 为了达到结构健康监测的目的，结构在环境因素的影响下，去理解、模拟和补充环境变化对结构动力特性的影响是极其重要的。本文中，已经研究了从英国塔玛悬索桥中测得的加速度值，这些加速度值是用数据激励随机子空间系统识别方法处理的，并且用温度和风载对结构自振频率的影响进行了环境变量的模拟。本文应用了两种方法：1）基于有效识别环境效应所致的线性变化规律的主因子分析法(PCA) ；2）元模型法,这是一种通过多项式函数的组合变化来确定系统输入输出关系的纯数学方法。研究发现在所有环境因素中温度是影响桥梁自振频率最关键的因素。 引言 环境因素对土木结构自振频率的影响是导致结构健康监测技术只能应用于实验室而不能在实际工程结构中得到应用的主要原因。在实验室发展起来的损伤检测技术往往无法在具有实验室相同条件的现场发挥作用；作为衡量破坏敏感性的特征参数也通常对工作环境引起的结构动力反应变化很敏感，而这种情况在实验室是不会出现的。这一方面的研究在过去的几年中得到了很大的关注，处理这个问题的方法在Sohn的关于工作环境对结构健康监测的影响一文中有很好的阐述。 本文研究了环境因素对塔玛悬索桥自振频率的影响，尤其是温度和风速的影响。以前主要集中在温度变化对桥梁模态频率相关性的研究上，事实上，温度被认为是环境因素中对模态特性影响最主要的因素。进一步的研究已经转移到了风载对大跨度桥梁的影响。尤其是发现了日本的白鸟（Hakucho）悬索桥的自振频率随着风速的增加而降低，在此过程中没有考虑温度的影响。在文献[6]中对大跨悬索桥的重型车辆荷载的影响进行了研究,发现车辆荷载对大跨度桥梁的自振频率影响很小或者没有。 在本项研究中诸如交通荷载和湿度等环境因素被忽略，认为本论文所讨论的桥梁不会受到交通荷载的影响，由于桥址的原因，也认为湿度不作为考虑的因素。这篇文章的目的主要是确定促使所观察到的引起桥面日常自由振动的主要因素。 塔玛悬索桥 塔玛大桥（如图1）是一座跨度为643m的大跨度悬索桥，它跨越塔玛河，将康沃尔郡（Wornwall）的索尔塔什（Saltash）市与德文郡（Devon）的普利茅斯（Plymouth）连接在一起。自1961年建成后它成为两个地区的一个至关重要的交通纽带。这座桥具有对称几何形状的常规设计，主跨为335m，两个边跨为114m。钢筋混凝土主塔高达73m,采用沉井基础并直达岩面。主缆直径为350mm，每根主缆由31根钢丝捻成，并设置间距为9.1m的垂直钢索。加劲桁架为5.5米厚，由焊接的空腹箱梁组成。在2001年，按照欧盟指示对这座桥进行了加强和扩宽。尤其是采用了18根直径为100mm的预应力钢索对原来的悬索体系进行了补强，原来复合型的主桥面板被一个三车道的正交各向异性钢板代替，在桁架的每侧加上了单车道悬臂梁。 现在对塔玛悬索桥布置了几种监测系统。2007年菲尔德大学（the University of Sheffield）的振动工程科开始监测桥面板和缆索的动力响应。这个监测系统包括8个缆索
机械设备振动标准.(精选)
机械设备振动标准 它是指导我们的状态监测行为的规范 最终目标：我们要建立起自己的每台设备的标准（除了新安装的设备）。 ?监测点选择、图形标注、现场标注。 ?振动监测参数的选择：做一些调整：长度、频率范围 ?状态判断标准和报警的设置 1 设备振动测点的选择与标注 1.1监测点选择 测点最好选在振动能量向弹性基础或系统其他部分进行传递的地方。对包括回转质量的设备来说，建议把测点选在轴承处或机器的安装点处。也可以选择其他的测点，但要能够反映设备的运行状态。在轴承处测量时，一般建议测量三个方向的振动。铅垂方向标注为V，水平方向标注为H，轴线方向标注为A，见图6-1。 图6-1 监测点选择
图 6-2在机器壳体上测量振动时，振动传感器定位的示意图 1.2 振动监测点的标注 （1）卧式机器 这个数字序列从驱动器非驱动侧的轴承座赋予数字001开始，朝着被驱动设备，按数字次序排列，直到第一根轴线的最后一个轴承。在多根轴线的(齿轮传动)机器上，轴承座的次序从驱动器开始，按数字次序继续沿着第二根轴线到被驱动器往下排列，接着再沿着第三根轴线往下排列，直到机组的末端为止。常见的几种标注方法见图6-3～6-5。 图6-3 振动监测点的标注 图6-4 振动监测点的标注
图6-5 振动监测点的标注 （2）立式机器 遵循与卧式机器同样的约定。 1.3 现场机器测点标注方法 机壳振动测点的标注可以用油漆标注，也可以在机壳上粘贴钢盘来标注振动测点，最好采用后一种方法标注。采用钢盘时，机壳要得到很好的处理。钢盘规格为厚度5mm，直径30mm，用强度较好的粘接剂粘接，以保证良好的振动传递特性。 2 设备振动监测周期的确定 振动监测周期设置过长，容易捕捉不到设备开始劣化信息，周期设置过短，又增加了监测的工作量和成本。因此应根据设备的结构特点、传动方式、转速、功率以及故障模式等因素，合理选定振动监测周期。当设备处于稳定运行期时，监测周期可以长一些；当设备出现缺陷和故障时，应缩短监测周期。在确定设备监测周期时，应遵守以下原则； 1）安装设备或大规模维修后的设备运行初期，周期要短（如每天监测一次），待设备进入稳定运行期后，监测周期可以适当延长。 2）检测周期应尽量固定。 3）对点检站专职设备监测，多数设备监测周期一般可定为7至14天；对接近或高于3000转/分的高速旋转设备，应至少每周监测1次。 4）对车间级设备监测，监测周期一般可定为每天1次或每班1次。 5）实测的振动值接近或超过该设备报警标准值时，要缩短监测周期。如果实测振动值接近或超过该设备停机值，应及时停机安排检修。如果因生产原因不能停机时，要加强监测，监测周期可缩短为1天或更短。 3 设备振动监测信息采集 3.1 振动监测参数的选择 对于超低频振动，建议测量振动位移和速度；对于低频振动，建议测量振动
滚动轴承的振动信号特征分析报告
南昌航空大学实验报告 课程名称：数字信号处理 实验名称：滚动轴承的振动信号特征分析实验时间： 2013年5月14日 班级： 100421 学号： 10042134 姓名：吴涌涛 成绩：
滚动轴承的振动信号特征分析 一、实验目的 利用《数字信号处理》课程中学习的序列运算、周期信号知识、DFT 知识，对给定的正常轴承数据、内圈故障轴承数据、外圈故障轴承数据、滚珠故障轴承数据进行时域特征或频域特征提取和分析，找出能区分四种状态（滚动轴承的外圈故障、内圈故障、滚珠故障和正常状态）的特征。 二、实验原理 振动机理分析：机械在运动时，由于旋转件的不平衡、负载的不均匀、结构刚度的各向异性、间隙、润滑不良、支撑松动等因素，总是伴随着各种振动。 振动的幅值、频率和相位是振动的三个基本参数，称为振动三要素。 幅值：幅值是振动强度的标志，它可以用峰值、有效值、平均值等方法来表示。 频率：不同的频率成分反映系统内不同的振源。通过频谱分析可以确定主要频率成分及其幅值大小，从而寻找振源，采取相应的措施。 相位：振动信号的相位信息十分重要，如利用相位关系确定共振点、测量振型、旋转件动平衡、有源振动控制、降噪等。对于复杂振动的波形分析，各谐波的相位关系是不可缺少的。 在振动测量时，应合理选择测量参数，如振动位移是研究强度和变形的重要依据；振动加速度与作用力或载荷成正比，是研究动力强度和疲劳的重要依据；振动速度决定了噪声的高低，人对机械振动的敏感程度在很大频率范围内是由速度决定的。速度又与能量和功率有关，并决定动量的大小。 提取振动信号的幅域、时域、频域、时频域特征，根据特征进行故
障有无、故障类型和故障程度三个层次的判断。 三、 实验内容 Step1、使用importdata （）函数导入振动数据。 Step2、把大量数据分割成周期为单元的数据，分割方法为： 设振动信号为{x k }(k =1,2,3,…,n )采样频率为f s ，传动轴的转动速率为V r 。 采样间隔为： 1 s t f ?= （1） 旋转频率为： 60 r r V f = （2） 传动轴的转动周期为： 1 r T f = （3） 由式（1）和（3）可推出振动信号一个周期内采样点数N ： 1 1s r r s f f T N t f f = ==? （4） 由式（2）可得到传动轴的转动基频f r =29.95Hz ，再由式（3）可得到一个周期内采样点数N=400.67，取N =400。 Step3、提取振动信号的特征，分析方法包括： 1、时域统计分析指标（波形指标(Shape Factor)、峰值指标(Crest Factor)、脉冲指标(Impulse Factor)、裕度指标(Clearance Factor)、峭度指标(KurtosisValue) ）等，相关计算公式如下： （1）波形指标： P f X WK X = (5) 其中，P X 为峰值，X 为均值。p X 计算公式如下：
自锚式与地锚式悬索桥动力特性对比分析
文章编号:1671-2579(2010)04-0156-04 自锚式与地锚式悬索桥动力特性对比分析 王立峰,孙勇,王子强 (东北林业大学土木工程学院,黑龙江哈尔滨 150040) 摘 要:以朝阳市黄河路自锚式悬索桥主桥为研究对象,采用有限元软件M idas/Civ il 建立该桥的有限元动力计算模型。考虑重力刚度的影响,对该桥的动力特性进行计算分析,得到结构的自振频率和振型,同时建立与该桥结构参数完全相同的地锚式悬索桥模型进行对比分析,结合计算结果对自锚式、地锚式悬索桥的动力特性和刚度特点进行讨论。最后,在保证初始刚度不变的情况下,考虑不同结构参数变化对自锚式、地锚式悬索桥固有频率的影响,对结果进行分析。 关键词:自锚式悬索桥;动力特性;结构分析 收稿日期:2010-04-10 作者简介:王立峰,男,博士研究生,副教授.E-mail:co mputerw lf@126.co m 1 工程概况 朝阳市黄河路大桥位于朝阳市黄河路东段,向东跨越大凌河,与凤凰组团开发区相连。大桥全长508.32m,主桥为跨径326m 的预应力混凝土自锚式悬索桥,桥跨布置为73+180+73m ,设计荷载为城市 -A 级,人群荷载4.0kN/m 2,地震动峰值加速度为0.1g ,相当于7度,按8度设防,设计洪水频率1/100, 最高水位164.7m 。 2 有限元模型建立 利用有限元法分析桥梁结构时,有多种离散模型,常用的有空间梁单元法、板壳法、三维实体单元法及梁格法。综合考虑自锚式悬索桥的几何非线性影响,根据各构件的形式和受力特点,结构可离散为两种单元:索单元和梁单元。 3 结论 (1)第一次设计中腹板主拉应力虽然符合有关规范要求,但主拉应力较大,最大达2.44MPa,经过优化设计后,最大主拉应力已降至1.77M Pa,降低了27%。效果明显。成桥试验结果也证明了此点。(2)箱梁截面在中跨支点处顶板截面存在较大的剪力滞效应,剪力滞系数 t =1.61,在设计中应注意。(3)纵向预应力钢束尽量布置在靠近腹板的位置,可减小剪力滞效应带来的应力分布不均匀的影响。参考文献: [1] JT J 023-85 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设 计规范[S]. [2] 长沙市规则设计院.长沙市三汊矶湘江大桥结构施工图设计图纸[Z],2004. [3] 张士铎,邓小华,王文州.箱形薄壁梁剪力滞效应[M ].北 京:人民交通出版社,1998. [4] 张士铎,王文州.桥梁工程结构中的负剪力滞效应[M ]. 北京:人民交通出版社,2004. [5] 贺拴海.桥梁结构理论与计算方法[M ].北京:人民交通 出版社,2003. [6] 王焕定,吴德伦.有限单元法及计算程序[M ].北京:中国 建筑工业出版社,2004. [7] 张德锋,茅振伟,吕志涛.预应力混凝土结构裂缝控制及 其可靠性分析[J].工业建筑,2003(4). [8] 袁承斌,张德锋,刘桂荣,等.裂缝对预应力混凝土结构耐 久性影响的试验研究[J].工业建筑,2003(3). [9] 任明飞,胡迎新,郑机.东海大桥近岛段工程预应力混凝 土顶推连续梁的设计与施工[J].桥梁建设,2005(6).[10] 李承君,周世军.顶推法施工的曲线连续梁桥截面实测 应力分析[J].铁道工程学报,2005(2). 156 中 外 公 路 第30卷 第4期2010年8月
浅析机械设备的振动故障检测
Equipment Manufactring Technology No.3，2010 机械设备的故障检测，主要包括状态检测和故障诊断两个方面，即对机械设备的运行情况进行检测，并在发现故障后进行诊断和处理。机械故障检测是现代化的产物，是随着设备的改进和维修发展起来的。经过30年的发展，机械检测技术已经广泛应用在了飞机和船舶发动机、大型电网系统、石油化工、飞机自动驾驶和矿山设备等领域。 1机械故障检测技术的研究意义 在现代化的生产中，机械设备故障检测技术有着重要的意义。机械设备出现异常如果没有及时发现和处理，不仅会导致机械设备的损坏，更会造成人员伤亡的惨剧。所以关于机械故障检测技术的研究，就十分必要了。机械故障检测技术，还可以预防事故的发生和提高企业的经济效益。 1.1预防事故发生保障人身和设备安全 在许多行业（如航天、航海、航空等）中，机械设备发生故障，不仅会导致经济的严重损失，也会带来严重的社会影响。仅仅依靠提高设备的安全性来避免事故的发生，是远远不够的，必须辅助以有效的机械设备检测技术，才可以防患于未然。1.2提高经济效益 选用机械故障诊断技术，在现代化的工业生产中，可以有效增加企业的经济效益。效益是多方面的，主要是降低机械设备的突发故障和减少设备的维修费用。突发的机械设备故障，会严重影响企业的生产，造成严重经济损失。虽然我国选用机械故障诊断技术的时间不是太长，但是也取得了优良的成绩。例如辽阳的石油化工集团，从国外引进了大型的机组，试机期间出现了多起机械故障，损坏了4个离心压缩机的转子，严重影响了生产。经过故障诊断和振动分析，把故障彻底的解决了。以前，铁路系统也曾出现了大规模的燃轴事件，严重影响了铁路运输的发展，后来选用红外技术，极大地减少了此类故障的发生。 机械设备的维修费用，主要是过剩维修。选用机械设备的状态检测技术，可以有效的避免过剩维修，减少企业对于维修费用的支出。以辽阳石油化工集团为例，该企业每年要停产维修一次，企业利润减少了4000万元，维修费用4000万元，合计8000万元白白丢失了。国外的相关企业的维修期限大多是3～4年一次。由此可见，我国的过剩维修带来的损失是极为严重的。 2机械故障检测的方法振动分析法 2.1振动分析简介 机械设备在作业时，会不断的出现不同强度的振动。经验丰富的维修人员，通过触摸和倾听振动强度及声音，就可以判断出机械设备明显的故障。但关于设备早期或特征不突出的故障，维修人员还是无能为力。对机械设备进行振动检测的研究，不但可以有效地检测设备的运行情况，还可以正确的判断出故障的发生和进行处理，减少了对设备拆卸的次数。 在工业领域里，机械振动分析是衡量机械设备情况的重要指标之一。机械内部出现异常情况，随后就会出现振动的加大。零部件和设备表面就可以感受到振动，其实就是某一个振动源在设备内的传播，对应着设备和零部件的损坏或出现异常故障。例如零部件的原始制造误差、零部件间的滚动和摩擦、运动副间的空隙和回转机件的冲击等，都是机械设备的可能振动源。机械振动随着零部件间的摩擦、零部件表面的脱落、开裂等的变化而变化。机械设备也可能因为某一部件的微小振动，引发其他部件和设备的共振响应，造成设备的严重损坏。研究机械振动的目的，就是了解各种机械设备的振动现象的机理，获得机械振动包含的大量设备信息，对设备的运行情况进行检测，并分析可能存在的故障问题。依据对机械振动的研究和分析，就可以在不拆卸的前提下，对设备进行前期诊断和故障分析，并根据问题进行相应的处理。 由于振动诊断技术的理论和实践都较为完善，其诊断结果也较为准确，而备受关注，在机械故障诊断体系中有着主导地位，被广泛应用于各种设备的运行检测和故障诊断中。 2.2振动分析方法 （1）振动信号的幅值分析方法。主要应用参数有最大值、最小值、均值、均方根值和绝对平均值。这些参数的计算简单，对于机械故障的诊断也有一定的作用。其缺点是对故障有不敏感性和区分故障难的特点，因为它们会随着工作条件（转 浅析机械设备的振动故障检测 蔡宇 （江汉大学文理学院，湖北武汉430056） 摘要：介绍了机械设备的振动故障分析法，并总结出振动分析的方法，还对数种机械故障的诊断技术做了具体的分析。 关键词：机械设备；振动分析；诊断技术 中图分类号：TH113文献标识码：B文章编号：1672-545X（2010）03-0062-02 收稿日期：2009-12-14 作者简介：蔡宇（1987—），男，海南澄迈人，江汉大学文理学院2006级本科生，研究方向：机械设计制造及其自动化。 62
斜拉桥动力特性报告
《弹塑性力学与有限元》课程作业主跨1500m斜拉桥设计 2015年1月
目录 1.有限元模型建立 ................................................................................................................. - 3 - 1.1单元介绍.................................................................................................................... - 3 - 1,2边界条件设定........................................................................................................... - 4 - 1,3有限元模型图........................................................................................................... - 4 - 2、成桥状态恒载分析结果 ................................................................................................ - 5 - 2.1荷载作用下全桥位移云图分析........................................................................... - 5 - 2.2恒载作用下结构支反力......................................................................................... - 8 - 3、桥梁动力特性计算 ....................................................................................................... - 17 - 3.1成桥状态10阶模态及频率计算....................................................................... - 17 - 3.2成桥状态等效质量计算....................................................................................... - 18 - 3.3振型图 ...................................................................................................................... - 19 -