[發(fā)明專(zhuān)利]考慮減振阻尼器作用的斜拉索索力計(jì)算方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210242817.0
• 申請(qǐng)日: 2012-07-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102789547A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-11-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳慶雄;黃宛昆;陳寶春
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 福州大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06F19/00
• 分類(lèi)號(hào): G06F19/00
• 代理公司: 福州元?jiǎng)?chuàng)專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學(xué)俊

1.一種考慮減振阻尼器作用的斜拉索索力計(jì)算方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1：在斜拉索安裝減振阻尼器前，測(cè)量安裝減振阻尼器前斜拉索的振動(dòng)頻率f1，并通過(guò)計(jì)算得到安裝減振阻尼器前斜拉索的索力值T；安裝完減振阻尼器后，再次測(cè)量安裝減振阻尼器后斜拉索的振動(dòng)頻率f2；

步驟2：針對(duì)已安裝減振阻尼器的斜拉索，將所述減振阻尼器簡(jiǎn)化為彈性支撐，并在考慮彎曲剛度的斜拉索面內(nèi)運(yùn)動(dòng)方程的荷載項(xiàng)中考慮所述彈性支撐的作用；

步驟3：假定在安裝減振阻尼器前后所述斜拉索的索力值不變，并預(yù)設(shè)減振阻尼器的等效剛度值，將減振阻尼器的預(yù)設(shè)剛度值、安裝位置、斜拉索彈性模量、斜拉索截面面積、斜拉索外徑、斜拉索線密度、斜拉索水平傾角、斜拉索索長(zhǎng)、斜拉索等分節(jié)段數(shù)和斜拉索的索力值代入考慮彎曲剛度的斜拉索面內(nèi)運(yùn)動(dòng)方程，并利用有限差分的數(shù)值方法進(jìn)行求解，得到斜拉索振動(dòng)的計(jì)算頻率f3；計(jì)算所述斜拉索振動(dòng)的計(jì)算頻率f3與實(shí)測(cè)的振動(dòng)頻率f2之間的差值，若所述差值超出誤差允許范圍，則調(diào)整減振阻尼器的預(yù)設(shè)剛度值，并重新計(jì)算斜拉索振動(dòng)的計(jì)算頻率，直到斜拉索振動(dòng)的計(jì)算頻率f3與實(shí)測(cè)的振動(dòng)頻率f2的差值落在誤差允許范圍內(nèi)，從而得到減振阻尼器的等效剛度值；

步驟4：對(duì)斜拉索索力進(jìn)行預(yù)估，將所述減振阻尼器的等效剛度值、安裝位置、斜拉索彈性模量、斜拉索截面面積、斜拉索外徑、斜拉索線密度、斜拉索水平傾角、斜拉索索長(zhǎng)、斜拉索等分節(jié)段數(shù)和預(yù)估索力值代入考慮彎曲剛度的斜拉索面內(nèi)運(yùn)動(dòng)方程，并利用有限差分的數(shù)值方法進(jìn)行求解，得到斜拉索振動(dòng)的計(jì)算頻率f4；

步驟5：計(jì)算所述斜拉索振動(dòng)的計(jì)算頻率f4與實(shí)測(cè)的振動(dòng)頻率f2之間的差值，若所述差值超出誤差允許范圍，則調(diào)整預(yù)估索力值，并返回步驟4，重新計(jì)算斜拉索振動(dòng)的計(jì)算頻率，直到斜拉索振動(dòng)的計(jì)算頻率f4與實(shí)測(cè)的振動(dòng)頻率f2的差值落在誤差允許范圍內(nèi)；

步驟6：使斜拉索振動(dòng)的計(jì)算頻率f4與實(shí)測(cè)的振動(dòng)頻率f2的差值落在誤差允許范圍內(nèi)的預(yù)估索力值就是斜拉索的實(shí)際索力值。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的考慮減振阻尼器作用的斜拉索索力計(jì)算方法，其特征在于：定義坐標(biāo)系（x,z）為整體坐標(biāo)系，坐標(biāo)系（x*,z*）為整體割線坐標(biāo)系，所述減振阻尼器分別安裝于所述斜拉索兩端一定位置上，將所述減振阻尼器簡(jiǎn)化為具有一定支撐剛度的線彈性支撐，將線彈性支撐力F_dx(t)和F_dz(t)代入考慮彎曲剛度的斜拉索無(wú)量綱運(yùn)動(dòng)方程，得到考慮減振阻尼器作用的斜拉索無(wú)量綱運(yùn)動(dòng)方程式（1）和（2）：

????(1)

????(2)

將所述斜拉索沿弦向n等分，將所述減振阻尼器的作用簡(jiǎn)化為一個(gè)線彈性集中力，作用在斜拉索等分單元的節(jié)點(diǎn)上，作用節(jié)點(diǎn)的位置即對(duì)應(yīng)所述減振阻尼器的安裝位置，對(duì)方程式（1）和（2）進(jìn)行有限差分離散處理，可得：

??(3)

??(4)

式(1)?、(2)?、(3)?、(4)中，，，，s是沿斜拉索長(zhǎng)度方向坐標(biāo)，L為斜拉索兩端點(diǎn)間的距離，為斜拉索水平傾角，是無(wú)量綱軸向額外動(dòng)張力，?，是軸向額外動(dòng)張力，H是斜拉索張力的水平分量，是無(wú)量綱軸向張力，，T是斜拉索軸向張力，，，u*、w*是在x*和z*方向的動(dòng)位移，是斜拉索軸向剛度和水平拉力的比值，，是彎曲剛度與軸向剛度的比值，，E是斜拉索彈性模量，A是斜拉索橫截面面積，I是斜拉索抗彎剛度，，是無(wú)量綱時(shí)間，是無(wú)垂度斜弦的一階圓頻率，，是斜拉索初始張力沿x*方向的分量，m是斜拉索線密度，是斜拉索額外動(dòng)張力沿x*方向的分量，i是斜拉索離散后的節(jié)段編號(hào)，t是時(shí)間；N是減振阻尼器的個(gè)數(shù)，是Dirac?delta函數(shù)，、分別是第i個(gè)減振阻尼器作用在處的縱向阻尼力和橫向阻尼力，，，表示第i個(gè)減振阻尼器的縱向阻尼力剛度系數(shù)、第i個(gè)減振阻尼器的縱向變形大小、表示第i個(gè)減振阻尼器的橫向阻尼力剛度系數(shù)、表示第i個(gè)減振阻尼器的橫向變形大小；

從而得到離散后的運(yùn)動(dòng)方程組矩陣形式KW?=P，對(duì)矩陣K進(jìn)行特征值和特征向量的求解，即可計(jì)算得到斜拉索振動(dòng)的計(jì)算頻率和振型。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的考慮減振阻尼器作用的斜拉索索力計(jì)算方法，其特征在于：在步驟1中，安裝減振阻尼器前斜拉索的索力值T的計(jì)算方法包括以下步驟：

步驟11：對(duì)斜拉索的振動(dòng)進(jìn)行測(cè)量，并對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行頻譜分析，得到實(shí)測(cè)的振動(dòng)頻率f1；對(duì)斜拉索索力進(jìn)行預(yù)估，得到預(yù)估索力值；

步驟12：將斜拉索彈性模量、斜拉索截面面積、斜拉索外徑、斜拉索線密度、斜拉索水平傾角、斜拉索索長(zhǎng)、斜拉索等分節(jié)段數(shù)和預(yù)估索力值代入考慮彎曲剛度的斜拉索面內(nèi)運(yùn)動(dòng)方程，并利用有限差分的數(shù)值方法進(jìn)行求解，得到斜拉索振動(dòng)的計(jì)算頻率；

步驟13：計(jì)算斜拉索振動(dòng)的計(jì)算頻率與實(shí)測(cè)的振動(dòng)頻率之間的差值，若所述差值在誤差允許范圍內(nèi)，則判定預(yù)估索力值即是斜拉索的實(shí)際索力值，算法結(jié)束；若所述差值超出誤差允許范圍，則調(diào)整預(yù)估索力值，并返回步驟12進(jìn)行循環(huán)迭代，直到斜拉索振動(dòng)的計(jì)算頻率與實(shí)測(cè)的振動(dòng)頻率的差值落在誤差允許范圍內(nèi)，調(diào)整后的預(yù)估索力值即為斜拉索的實(shí)際索力值；

計(jì)算斜拉索振動(dòng)的計(jì)算頻率時(shí)，只考慮方程線性項(xiàng)且不考慮外力，考慮彎曲剛度和垂度的斜拉索無(wú)量綱運(yùn)動(dòng)方程為：

????(5)

????(6)

對(duì)方程（5）和（6）進(jìn)行有限差分離散處理，可得：

????(7)

????(8)

式(5)、(6)、(7)、(8)中，，，，s是沿斜拉索長(zhǎng)度方向坐標(biāo)，L為斜拉索兩端點(diǎn)間的距離，為斜拉索水平傾角，是無(wú)量綱軸向額外動(dòng)張力，，是軸向額外動(dòng)張力，H是斜拉索張力的水平分量，是無(wú)量綱軸向張力，，T是斜拉索軸向張力，，，u*、w*是在x*和z*方向的動(dòng)位移，是斜拉索軸向剛度和水平拉力的比值，，是彎曲剛度與軸向剛度的比值，，E是斜拉索彈性模量，A是斜拉索橫截面面積，I是斜拉索抗彎剛度，，是無(wú)量綱時(shí)間，是無(wú)垂度斜弦的一階圓頻率，，是斜拉索初始張力沿x*方向的分量，m是斜拉索線密度；是斜拉索額外動(dòng)張力沿x*方向的分量，i是斜拉索離散后的節(jié)段編號(hào)，t是時(shí)間；

從而得到斜拉索運(yùn)動(dòng)方程離散后的矩陣形式為：KW?=P，對(duì)矩陣K進(jìn)行特征值和特征向量的求解，即可計(jì)算得到斜拉索振動(dòng)的計(jì)算頻率和振型。