层状复合材料矩形截面圆柱螺旋弹簧自由振动特性研究

地下建筑结构抗震性能分析陈荣生

地下建筑结构抗震性能分析陈荣生发表时间：2018-12-19T15:09:16.173Z 来源：《防护工程》2018年第27期作者：陈荣生[导读] 地下建筑抗震性能分析和地震计算方法的讨论起步较晚。在1995年日本神户地震之前，地下结构缺乏抗震设计。林州中天建设有限公司河南安阳 456550 摘要：随着城市化进程的推进，对地下结构的抗震性能提出了更高的要求。特别是与地上建筑结构相比，抗震性能优越，地震破坏较小，但与西方发达国家相比，我国地下建筑结构抗震设计理论仍处于相对落后的阶段。因此，本文将分析地下建筑结构的抗震性能。关键词：建筑结构；抗震；安全性能引言：地下建筑抗震性能分析和地震计算方法的讨论起步较晚。在1995年日本神户地震之前，地下结构缺乏抗震设计。这是因为地下建筑结构不同于普通地面建筑结构，地下建筑结构受到围岩的约束，地震时没有明显的自震特征。这是因为地下建筑结构的动力响应主要受周围岩石介质相对变形的影响，而地下建筑结构也对周围岩石介质产生相对影响，从而形成土-结构相互作用现象。人们对地下结构的抗震性能缺乏了解和理解，对地下建筑的抗震性能并没有给予足够的重视。直到最近，地下建筑结构的抗震研究逐渐出现并逐步形成。在下面的文章中，我们将简要讨论地下建筑结构的抗震性能分析和地震计算方法。 1地下建筑结构的基本概述 1.1地下建筑结构的类型分析。现阶段，以实用功能为依据对地下建筑结构主要可分为七类，即：公共建筑、交通建筑、居住建筑、地下工业建筑、建筑综合体、防护建筑以及仓储建筑等。若以空间形状为依据，其又包括空间地下建筑与长线性地下建筑。若从地下结构型式分，其又可分为附建式结构、浅埋式结构、沉井法结构、地道式结构、连续墙结构等。 1.2地下建筑结构特点分析。作为地下结构的一部分，地下建筑结构可理解为在岩层或土层间建造的构筑物与建筑物。相比地面结构，地下建筑结构具有自然防护能力强、受外界因素影响小、地质条件影响大、施工条件特殊且需要进行照明、防排水、防潮以及通风等处理。 1.3地下结构震害特性分析。以我国1976年唐山地震所造成的地下人防工程破坏、1999年台湾地震中地下工程的破坏、1995年日本阪神地震地下商场、隧道以及通道等破坏为例，对地下结构震害的特性可总结为：第一，与地上结构相比，其地震破坏程度较低。第二，相比岩石中结构，土中的地下结构容易被破坏。第三，地下结构破坏程度主要受强震持时的影响。第四，受边坡失稳影响，地下隧道的地面处会受到严重破坏。 2地下建筑结构抗震性能分析方法研究 2.1地下建筑结构的结构设计问题分析。地下建筑结构设计过程中首先应考虑一定的问题，具体包括抗震等级、材料等级、活荷载值、地基承载能力、实际施工过程中需注意的事项以及相关信息是否通过施工图表达出来等。而且其作为基本的建筑类型，在结构安全等级与建筑物使用年限方面也应着重考虑，特别在地下建筑结构中所涉及的钢筋混凝土结构抗震等级以及建筑结构的地基基础等级等方面。同时，地下建筑结构设计过程中还需考虑地基土层与持力层的承载能力、地基土冻结深度以及不良地质作用等问题。另外，地下建筑结构设计过程中对结构构件的耐火等级也有具体的要求。实际施工过程中应注意遵循基本的规范要求并做好验收工作，避免因设计或施工存在的问题导致地下建筑结构抗震性能不高的情况发生[2] 2.2框架式地下建筑结构抗震性能分析方法 2.2.1.静力法。静力法的应用主要指对不断发展变化的地震力通过等代的静地震荷载进行代替，然后对地震荷载下结构内力利用静力计算模型综合分析。其中等代的地震荷载可分为结构自身的惯性力、主动侧向土压力的量以及洞顶处土柱的惯性力等。这种方式一般适用于对结构横断面的抗震计算。 2.2.2.地基抗力系数法。在对横断面进行地震反应分析过程中，常利用以互相作用计算模型为基础的地基抗力系数法，尤其对于全埋设或半埋设的地下建筑结构也比较适用。这种方式会将地下建筑结构岩土介质作用以多点压缩弹簧或剪切弹簧代替。具体计算主要分为三个步骤：第一，计算代替岩土介质的弹簧常数。第二，计算岩土地震变位。第三，计算地震结构地震反应。另外，计算岩土抗力弹簧时，所利用的方式主要为静力有限元法取其近似值，而对与应变幅度对应的地基弹性常数需根据地震反应进行分析。为确保孔洞上方承受的荷载保持均匀，需计算地基抗力基数，最后再利用弹簧常数替换地基抗力系数。 2.2. 3.反应变位法。据以往实践表明，地下建筑结构可能发生共振响应的概率很小，在计算过程中可将结构发生振动过程中产生的惯性力进行忽略。因此，对地震反应动力分析过程中可直接利用拟静计算公式，使土壤介质变位对地震效应起决定性作用。但利用反应变位法时，需对抗力系数、地震变位予以明确，这样才可保证计算结果更为合理。 2.2.4.有限元方法。对地下建筑结构进行抗震性能分析时，为使抗震特性、特殊位置抗震的研究更加深入，经常采用有限元方法。例如，对地下室转弯部位或地下室其他分支等都需利用这种方式。另外，模型边界需利用如叠加边界、透射边界以及粘性边界等能量传递边界[3]。 2.3衬砌整体式地下建筑结构抗震性能分析。衬砌整体式的结构抗震性能可从四方面进行概括：第一，在地震作用下，其构件内力与变形程度相比地面结构反应较小。但结构督办或底层梁等结构部位的内力相比地面结构较大。第二，结构自振周期与地震动卓越周期间不同的匹配程度对衬砌整体式地震响应会产生不同的影响。第三，地震响应受围岩性质影响较大，特别在围岩过于软弱的条件下，地震响应将逐渐增大，结构抗震性能也会随之降低。第四，地震响应会随洞室尺寸的增大而逐渐变大。因此，进行抗震设计过程中应从这四方面进行抗震性能的分析。 2.4衬砌分离式地下建筑结构抗震性能分析。衬砌分离式的结构相比同条件地面结构，地震变形及结构内力较小，一般抗震设计过程中只需以地面结构抗震水平便可实现结构的安全性。而在地震响应方面，其主要影响因素为土层的厚度，土层对不同基岩地震动很可能产生放大或衰减作用。同时，围岩性质对地震响应产生一定的影响，在围岩性质较为软弱的情况下，结构地震响应会逐渐增大。另外，区别于衬砌整体式结构，衬砌分离式结构受洞室尺寸影响较小。因此对衬砌分离式地下建筑结构的抗震性能进行分析过程中，也需综合考虑各方面的影响因素。

实验六十四简谐振动规律的研究

实验六十四简谐振动规律的研究一实验目的 1．观察简谐振动的规律及特征，学习建立实验公式的方法。 2．通过实验测定弹簧劲度系数k 和研究简谐振动中弹簧有效质量。二实验要求 1．测定简谐振动的周期T 与k 、m 的数值关系，m 为振子的质量。 2．通过数据处理方法，对曲线进行“改直”处理和图解表示，归纳出简谐振动周期公式中待定常数c 、α、?的近似值，误差范围不超过βm ck T a =%5±。 3．测定弹簧系统的劲度系数k 和检验弹簧振子系统的有效的质量m’3 '10m m m m m +=+=式中，m 为振子的质量；为弹簧的有效质量；为弹簧的质量。 O m 1m 三实验仪器气垫导轨系统，弹簧组，物理天平，砝码，约利弹簧秤，光电计时系统，米尺，游标卡尺。四实验提示 1．垫上弹簧振子（滑块）的运动是一种简谐振动，其振动周期'T 和弹簧的劲度系数k 及振子系统的有效质量'（略去弹簧的质量时就是滑块的质量）的大小有关，与振幅A 的大小无关节。 m 1m 若略去弹簧质量，假设振子运动规律为式中，m 为振子的质量；c 、α、β为待定常数，可以通过实验来确定。 βαm ck T =数据处理可以利用作图法，将指数函数，曲线关系变为直线关系，用毫米坐标纸作图中确定c 、α和β，从而归纳出实验公式。若考虑弹簧具有质量1（其有效质量应为），即振子的运动规律为m’为弹簧振子系统的有效质量。 m O m βα''m ck T =2．静止悬挂的弹簧的自由端加砝码时，其伸长量为Δx，根据虎克定律，弹簧在弹性限度内的伸长量 Δx 与所施加的外力成正比，即f x k f Δ= 得到x mg k Δ= 忽略弹簧质量，弹簧振子系统的质量m’就是滑块质量m ；如不能忽略弹簧质量，则弹簧的有效质量可以由理论计算得到 1m 1m O m 131m m O = 3.若有劲度系数分别为的两个弹簧，则两根弹簧的合成劲度系数为 21k k 和并联时 21'k k k += 串联时 2 121"k k k k k += 五问题讨论 1．分析简谐振动的能量转换关系和系统误差。 2．分析简谐振动的衰减形式及其衰减指数。它们对测定周期T’有何影响？ 3．总结从实验数据归纳实验公式的要点。

第四章结构固有振动特征值问题的数值解

第四章结构固有振动特征值问题的数值解 §4.1 概述根据结构振动的数学模型，即振动微分方程所形成的矩阵特征值问题，求解结构的固有振动特性——固有频率与固有振型，是结构振动分析的一个主要任务。结构的固有振动特性是结构振动的内因。固有振动特性也是进行结构振动响应分析和结构动力学设计的基础。对于简单的结构，如均匀直梁、均匀直杆等，可以用解析的方法解得其固有振动特性。对于一般结构，如果只需获得结构有限阶的固有振动特性，也可以采用试验测试（模态识别）的方法来获得。但是对于大型复杂结构，不可能用解析分析的方法得到其固有振动特性，而采用试验测试的方法不仅花费高，而且周期长，对于处于设计状态的结构，显然也无法进行试验。所以对复杂的工程结构，常用的方法是建立结构的数学模型，用数值求解的方法获得结构的固有振动特性。随着计算技术飞速发展和特征值计算方法的研究进展，通过矩阵特征值问题的求解来获得结构固有振动特性，是已经被振动工程界普遍接受的一个有效和可靠的途径。从数学理论上也可以证明，许多特征值计算方法具有相当好的精度，并且获得了实践和实验的证明。由于结构固有振动特性求解与矩阵特征值求解问题的密切关系，在结构振动分析中，矩阵特征值问题已经成为结构固有振动特性分析的一个代名词。所以在本章中，只要不作说明，一般讲的矩阵特征值问题就是指结构的固有振动特性求解问题。所谓系统的特征值就代指结构的固有频率，特征向量代指

结构的固有振型（固有模态）矩阵特征值问题的数值求解方法可以分为三类：矩阵分解法、迭代法和矩阵变换法。由于矩阵（代数）特征值问题本身就是一个完整的系统，本章只能根据结构固有振动分析问题的需要，介绍一些常用的求解方法。详尽的矩阵特征值问题的数值求解方法可以参考威尔金森的名著《代数特征值问题》。本章的论述是建立在已经用有限元素法建立了结构振动运动数学模型的基础上。 §4.2 结构振动特征值问题的性质根据结构振动方程，可以得到结构固有振动的代数特征值问题： }]{[}]{[2x M x K ω= （4－1）或 }]{[}]{[x M x K λ= （2ωλ=）（4－2）振动特征值问题除了第二章所述的性质外，在特征值问题的数值求解中，还要用到如下一些性质： 1．移轴特性对特征值问题 }]{[}]{[x M x K λ= （4－3）若μ为一已知实数，则有： }]{)[(}]){[]([x M x M K μλμ-=- （4－4）新的特征值问题可写为： }]{[}]{?[x M x K ρ= （4－5） ][][]?[M K K μ-= （μλρ-=）（4－6）显然，上面两个特征值问题具有相同的特征向量，而特征值间的关系为： μρλ+=i i （4－7）

地下结构地震破坏形式与抗震分析方法综述

地下结构地震破坏形式与抗震分析方法综述摘要：随着人口的在激增以及经济的发展，人们的需求也开始狂飙式的增长。然而，城市的空间有限，地面空间已经被充分利用，人们的视线开始转为地下，地下结构的开发缓解了城市的地面压力。然而，由于地下结构的抗震技术的发展还并不成熟，在地震后，往往会造成地下结构的损坏甚至直接丧失继续工作的能力，给人们的财产安全带来威胁，影响人们的正常生活。因此在此文中对地下结构的震害形式以及近年来地下结构抗震分析的研究成果进行展示。以加深对地下结构震害的了解，并引起人们对地下结构抗震减震的重视。关键词：地下结构抗震，震害形式，抗震分析，抗震减震 0 引言地震是自然界自然界一种常见的自然灾害，地球上每年约发生500多万次地震，即每天要发生上万次地震。其中绝大多数太小或太远以至于人们感觉不到。真正能对人类造成严重危害的地震大约有一二十次，能造成特别严重灾害的地震大约有一两次。然而，这种地震不仅仅会给损害人们的财产安全，更有甚者会威胁到生命安全。以往的抗震研究主要集中在地上建筑。认为地下结构受到的外界环境较少，各方向约束较多，刚度较大，且高度较小，加之过去地下结构的建设规模相对较少，地下结构受地震作用引起的结构的严重破坏的相关资料也较少，因此地下结构的工程抗震研究及设计长期未得到足够的重视。 1923年日本关东大地震（M8.2），震区内116座铁路隧道，有82座受到破坏；1952 年美国加州克恩郡地震（M7.6），造成南太平洋铁路的四座隧道损坏严重；1976年唐山地震（M7.8），唐山市给水系统完全瘫痪，秦京输油管道发生五处破坏；1978年日本伊豆尾岛地震（M7.0）震后出现了横贯隧道的断裂，隧道衬砌出现了一系列的破坏；特别是1995年日本阪神大地震（M7.2）中，神户市及阪神地区几座城市的供水系统和污水排放系统受到严重破坏，其中神户市供系统完全破坏，并基本丧失功能。神户市部分地铁车站和区间隧道受到不同程度的破坏，其中大开站最为严重，一半以上的中柱完全倒塌，导致顶板坍塌和上覆土层大量沉降，最大沉降量达2.5m。地震对地下结构造成大规模破坏的同时，地震对地下结构的安全性构成的威胁也开始引起了人们的重视，地下结构工程抗震从业者在震后获取了大量的地震动作用在地下结构上产生的动力特性及影响结构动力响应的影响因素等宝贵资料，对地下结构工程抗震减震领域的发展具有极大的推动作用。近年来，关于地下结构的工程抗震分析方法的文献大量涌现。学者从不同角度对地下结构抗震进行阐述，并且有不少理论转化为工程技术，在工程实践中得到了论证。笔者试图综合前人的研究成果，在本文中简要介绍地下结构在地震作用下的破坏形式以及地下结构抗震分析方法，以便加深对地下结构工程抗震的了解，也可增加人们对地下结构工程抗震的重视程度。 1 地下结构震害由于所处环境、约束情况等的差异，地下结构的破坏形式与结构破坏的影响因素与地上结构有很多不同之处。 1.1 地下结构震害形式以下以日本阪神地震为主要对象，结合其他地震造成的震害，总结了地铁车站、地下管道、地下隧道的主要震害形式。

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

复合材料特性

（1）力学性能石墨烯被认为是迄今为止强度最高的物质，添加石墨烯可以增加聚合物的力学性能。拓展石墨烯的改性范围，开发出多种的增强复合材料变得尤为重要。改性的程度有许多影响因素，例如强相的浓度和在基质中的分布状态，界面粘合性和增强相的长径比等。石墨稀纳米片和聚合物基体之间的界面粘合性强，是进行有效加固的关键。局部两相间不相容性可能由于石墨稀对基体的附着力差而降低应力转移几率，导致了一个较低的机械性能复合材料。可使用氢键和范德华力非共价键改善界面相互作用，提高聚合物基体机械性能[1]。尽管些物理相互作用可以提高复合材料的性能，在外部受力下填料与基体之间相对移动是不可避免的。这限制了材料的最大使用强度。为了缓解该问题，关键是选择有效的手段，提高界面与基体间的抗剪切强度。改善填料与基体之间靠共价键形成的应力传递。例如，利用GO表面的羟基（-OH）与聚氨酯链上的端部的-NCO基团反应，形成聚氨甲酸酯键(-NH-CO)而共价键合到聚氨酯上。（2）导电导热性能石墨烯的导电性能是目前已知导电材料中最好的，其载流子迁移率达15000 cm2·V- 1·s- 1[ 2]。这个数值是目前已知具有最高迁移率的锑化铟材料的两倍，是商用硅片迁移率的10倍以上。石墨烯具有高导电性，当加入到聚合物基体中，可导电的石墨烯分散在基体中形成导电网络，可以大大提高复合材料的导电性。复合材料表现出导电性随石墨烯含量的增加呈现一种非线性增长。石墨烯的导热性能很高，在室温下为3000W·M-1·K-1，已被用来作为基体填充物，以改善聚合物的热导率和热稳定性。片状石墨稀的二维片层结构在聚合物较低的界面热电阻，从而产生更好的导电性增强聚合物复合材料。其他因素，例如石墨稀片的长径比，取向和分散，基体的种类等也将影响复合材料的热性能。（3）热稳定性热稳定性是复合材料的另一个重要性能，可以通过在聚合物基体中嵌入石墨烯来实现。高的热稳定性和层状结构的石墨烯的加入，会使复合材料热性能显著提高。Ramanathan等[3]系统研究发现石墨烯的加入可以使聚甲基丙烯酸甲酯的模量、强度、玻璃化转变温度和热分解温度大幅度提高。并且石墨烯的作用效果远远好于单壁碳纳米管和膨胀石墨。（4）气体阻隔性能石墨烯的加入相对于原始的聚合物可以显着减少气体对聚合物复合材料的透过率。各种研究表明,气体渗透性降低可能由于石墨稀长径比和高表面积,以及在聚合物基体中形成的“弯曲通道”效应 (tortuous path effect)，从而有效的阻隔了气体分子的扩散和穿透。Pinto等[4]研究了聚乳酸/石墨稀复合材料对氧气和氮气的阻隔性。结果表明，与未加入石墨稀前相比在复合物中使用0.4%(重量)添加量可以使复合材料对氧气的透过量下降三倍,对氮气的透过量下降四倍。（5）吸附性能众所周知，吸附强烈依赖于孔隙结构和表面面积，以及吸附剂的官能团。石

结构自振周期

场地土类别、结构自振周期、设计特征周期的概念解读常有众智平台朋友来询问场地土类别与地震力是什么关系，结构自振周期折减对结构的地震力有什么影响，设计特征周期是什么概念，土的卓越周期又是怎么回事，本文结合规范对这些内容进行了整理，对这几个概念的相关关系也做了一些论述，期望与大家一起交流学习，具体综述如下：一、场地土类别《建筑抗震设计规范》第4.1.6对场地土类别是这样划分的：建筑的场地类别，应根据土层等效剪切波速和场地覆盖层厚度按表4．1．6划分为四类，其中Ⅰ类分为Ⅰ0、Ⅰ1两个亚类。当有可靠的剪切波速和覆盖层厚度且其值处于表4．1．6所列场地类别的分界线附近时，应允许按插值方法确定地震作用计算所用的特征周期。《抗规》第4.1.4条、4.1.5条对场地覆盖层的厚度及图层的等效剪切波束分别作了规定。相关概念：

场地--工程群体所在地，具有相似的反应谱特征。其范围相当于厂区、居民小区和自然村或不小于1.0km2的平面面积。与震害的关系：土质愈软覆盖层厚度愈厚，建筑震害愈严重，反之愈轻，软弱土层对地震力具有放大作用。历次大地震的经验表明，同样或相近的建筑，建造于Ⅰ类场地时震害较轻，建造于Ⅲ、Ⅳ类场地震害较重。规范采取的相应措施：《抗规》第4.1.1条将场地划分为对建筑抗震有利、一般、不利和危险的地段。具体设计时，结构设计师对不利地段，应提出避开要求；当无法避开时应采取有效的措施。对危险地段，严禁建造甲、乙类的建筑，不应建造丙类的建筑。另外《抗规》第3.3.2、4.1.8,、4.1.9对相关措施提出了严格要求，设计人员不应忽视。二、结构自振周期概念：结构自振周期是结构按某一振型完成一次自由振动所需的时间，是结构本身固有的动力特性，只与自身质量及刚度有关，结构有几个振型就有几个自振周期，一一对应。应用：

地下结构抗震技术

地下结构的抗震分析

本报告做出了针对当前地下结构抗震分析的总结，对当前工程师使用的对地下结构进行地震效应的量化分析的方法进行了描述。将确定性及概率性这两种抗震风险分析进行了总结。对恰当的地基运动参数的发展变化进行了简要的叙述，包括峰值速度和加速度，目标反应谱及地基运动时间维度上的过往。一般来说，地下结构的抗震荷载设计是以周围的土地对地下结构产生的形变和拉应力为特点，或者是两者之间的相互作用进行研究的。在拟静态分析法中，土地的形变是由于静荷载或者土壤和结构之间的相互作用力造成的，并不包含动态荷载或者地震波传播的影响；而在动态分析法中，则是通过数值分析工具，如有限元或者有限差分析法来针对土壤和结构之间的动态作用进行分析。本报告还讨论了一些特殊的设计中的问题，包括隧道的分段隧道的连结设计及隧道进口建筑与隧道的连结设计。一、地下结构的抗震设计分析方法 1. 确定性抗震风险分析确定性抗震风险分析包括一个特定的总结现场土地运动的抗震方案。这个方案要求假定一次特定规模的发生在特定地点的地震。Reiter 在1990年将该方法分为四步，如图1所示

图1 确定性抗震风险分析步骤流程（1）识别并描述所有在该地点能产生显著地基运动的地震来源，包括其各自的几何特点以及地震潜力。最明显的特性描述地震区通常是断层的存在。Reiter 在1990年生成一个详尽的列表功能来表明可能在给定地区的断层。然而，断层的存在并不一定意味着该地区要去积极的应对这一个潜在的地震风险。其中的标准有相当大的分歧，尤其是在论述一个不活动的断层的标准时。基于美国核监管委员会的1978年联邦法规，规定能动断层这个词来表明一个断层在过去的活动35 000-500 000年有过运动。对于非民用基础设施，更短时间尺度将被使用。（2）选择“源到特定地点”距离参数的每个源，通常是最短的震中震源定位距离，或距离最近的破裂部分的断层的距离。最近的破裂断层距离比震中距更有意义，特别是对大地震的地方，断层破裂扩展的距离超过了50岁公里。

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）。

简谐振动特性研究实验

实验一、简谐振动特性研究与弹簧劲度系数测量【实验目的】 1. 胡克定律的验证与弹簧劲度系数的测量； 2. 测量弹簧的简谐振动周期，求得弹簧的劲度系数； 3. 测量两个不同弹簧的劲度系数，加深对弹簧的劲度系数与它的线径、外径关系的了解。 4. 了解并掌握集成霍耳开关传感器的基本工作原理和应用方法。【实验原理】 1. 弹簧在外力作用下将产生形变（伸长或缩短）。在弹性限度内由胡克定律知：外力和它的变形量成正比，即：（1）（1）式中，为弹簧的劲度系数，它取决于弹簧的形状、材料的性质。通过测量和的对应关系，就可由（1）式推算出弹簧的劲度系数。 2. 将质量为的物体挂在垂直悬挂于固定支架上的弹簧的下端，构成一个弹簧振子，若物体在外力作用下（如用手下拉，或向上托）离开平衡位置少许，然后释放，则物体就在平衡点附近做简谐振动，其周期为：（2）式中是待定系数，它的值近似为，可由实验测得，是弹簧本身的质量，而被称为弹簧的有效质量。通过测量弹簧振子的振动周期，就可由（2）式计算出弹簧的劲度系数。 3. 磁开关（磁场控制开关）：如图1所示，集成霍耳传感器是一种磁敏开关。在“1脚”和“2 脚”间加直流电压，“1脚”接电源正极、“2脚”接电源负极。当垂直于该传感器的磁感应强度大于某值时,该传感器处于“导通”状态，这时处于“”脚和“”脚之间输出电压极小，近似为零，当磁感

强度小于某值时，输出电压等于“1脚”、“2脚”端所加的电源电压，利用集成霍耳开关这个特性，可以将传感器输出信号输入周期测定仪，测量物体转动的周期或物体移动所经时间。【实验仪器】 FB737新型焦利氏秤实验仪1台，FB213A型数显计时计数毫秒仪【实验步骤】 1. 用拉伸法测定弹簧劲度系数：（不使用毫秒仪）（1）按图2,调节底板的三个水平调节螺丝，使重锤尖端对准重锤基准的尖端。（2）在主尺顶部安装弹簧，再依次挂入带配重的指针吊钩、砝码托盘，松开顶端挂钩锁紧螺钉，旋转顶端弹簧挂钩，使小指针正好轻轻靠在平面镜上（注意：力度要适当，若靠得太紧，可能会因摩擦太大带来附加的系统误差），以便准确读数。这时因初始砝码等已使弹簧被拉伸了一段距离。（可参考说明书中的装置图）

复合材料总思考题及参考答案

复合材料概论总思考题一．复合材料总论 1.什么是复合材料？复合材料的主要特点是什么？ ①复合材料是由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。 ②1）组元之间存在着明显的界面；2）优良特殊性能；3）可设计性；4)材料和结构的统一 2.复合材料的基本性能（优点）是什么？——请简答6个要点（1）比强度，比模量高（2）良好的高温性能（3）良好的尺寸稳定性（4）良好的化学稳定性（5）良好的抗疲劳、蠕变、冲击和断裂韧性（6）良好的功能性能 3.复合材料是如何命名的？如何表述？举例说明。4种命名途径 ①根据增强材料和基体材料的名称来命名，如碳纤维环氧树脂复合材料 ②(1) 强调基体：酚醛树脂基复合材料（2）强调增强体：碳纤维复合材料（3）基体与增强体并用：碳纤维增强环氧树脂复合材料（4）俗称：玻璃钢 4.常用不同种类的复合材料(PMC，MMC，CMC)各有何主要性能特点？ PMC MMC CMC（陶瓷基）使用温度60~250℃400~600℃1000~1500℃ 材料硬度低高最高强度较高较高较高耐老化性能差中优导热性能差好一般耐化学腐蚀性能好差好生产工艺难易程度成熟居中最复杂生产成本最低居中最高 5.复合材料在结构设计过程中的结构层次分几类，各表示什么？在结构设计过程中的设计层次如何，各包括哪些内容？3个层次答：1、一次结构：由集体和增强材料复合而成的单层材料，其力学性能决定于组分材料的力学性能、相几何和界面区的性能；二次结构：由单层材料层复合而成的层合体，其力学性能决定于单层材料的力学性能和铺层几何三次结构：指通常所说的工程结构或产品结构，其力学性能决定于层合体的力学性能和结构几何。 2、①单层材料设计：包括正确选择增强材料、基体材料及其配比，该层次决定单层板的性能； ②铺层设计：包括对铺层材料的铺层方案作出合理安排，该层次决定层合板的性能； ③结构设计：最后确定产品结构的形状和尺寸。 6.试分析复合材料的应用及发展。答：①20世纪40年代，玻璃纤维和合成树脂大量商品化生产以后，纤维复合材料发展成为具有工程意义的材料。至60年代，在技术上臻于成熟，在许多领域开始取代金属材料。 ②随着航空航天技术发展，对结构材料要求比强度、比模量、韧性、耐热、抗环境能力和加工性能都好。针对不同需求，出现了高性能树脂基先进复合材料，标志在性能上区别于一般低性能的常用树脂基复合材料。以后又陆续出现金属基和陶瓷基先进复合材料。 ③经过60年代末期使用，树脂基高性能复合材料已用于制造军用飞机的承力结构，今年来又逐步进入其他工业领域。

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。

简谐振动的研究

实验十四X射线的初步认识 X射线是德国科学家伦琴（W.C.R?ntgen）于1895年在研究阴极射线管时发现的，是人类揭开研究微观世界序幕的“三大发现”之一，给医学和物质结构的研究带来了新的希望．就在伦琴宣布发现X射线的第四天，一位美国医生就用X射线照相发现了伤员脚上的子弹．从此，对于医学来说，X射线就成了神奇的医疗手段．因为这一具有划时代意义的重大发现，伦琴于1901年被授予第一届诺贝尔物理学奖． X射线可用来帮助人们进行医学诊断和治疗；也可用于工业上的非破坏性材料的检查；在基础科学和应用科学领域内，则被广泛用于晶体结构分析、化学分析和原子结构的研究．有关X射线的实验非常丰富，其内容十分广泛而深刻．本实验要求利用德国莱宝公司的X射线实验仪及附件，做一些有趣而基本的实验，从而对X射线的产生、特点和应用有初步的认识．【实验目的】 1.观察X射线影像； 2.观察布拉格反射现象； 3.利用标准NaCl单晶测定X光波长 4.根据X光波长测定未知晶体的晶格常数．【实验原理】 1．X射线的基本性质 X射线和可见光线一样，也是电磁波的一种，不同的是较之可见光，它的波长更短，介于紫外线和γ射线之间，约10 nm ~ 0.001 nm（注：1 nm = 10-9 m）．波长小于0.01 nm的称为超硬X射线，在0.01 ~ 0.1 nm范围内的称为硬X射线，0.1 ~ 1 nm范围内的称为软X 射线．其中，波长较短的硬X射线能量较高，穿透性较强，Array适用于金属部件的无损探伤及金属物相分析；波长较长的软X 射线能量较低，穿透性弱，可用于非金属的分析．在实验室中X射线由X射线管产生，X射线管是具有阴极和阳极的真空石英管，其结构如图1所示：①是接地阴极，即电子发射极，用钨丝构成，通电加热后可发射电子；②是阳极靶材，本实验中采用钼靶，工作时加以几万伏的高压．电子在高压作用下轰击钼原子而产生X光．③铜块和④螺旋状热沉用以散热．⑤是管脚．因为电子轰击靶极时会产生高温，故靶极必须散热冷却．经过X射线管发射出的X射线分为两种：连续光谱和标识光谱．能量为eU的电子与阳极靶的原子碰撞时，电子失去自己的能量，其中部分以光子的形式辐射，碰撞一次产生一个能量为h 的光子，这样的光子流即为X射线．单位时间内到达阳极靶面的电子数目是极大量的，绝大多数电子要经历多次 - 69 -

大学物理实验简谐振动与阻尼振动的实验报告

湖北文理学院物理实验教学示范中心实验报告学院专业班学号：姓名：实验名称简谐振动与阻尼振动的研究实验日期：年月日实验室： N1-103 [实验目的]: 1. 验证在弹性恢复力作用下,物体作简谐振动的有关规律；测定弹簧的弹性系数K 和有效质量m. 2. 测定阻尼振动系统的半衰期和品质因数，作出品质因数Q 与质量M 的关系曲线。 [仪器用具]:仪器、用具名称及主要规格（包括量程、分度值、精度等）气垫导轨、滑块、附加质量(2)、弹簧(4)、光电门(2)、数字毫秒计. [实验原理]:根据自己的理解用简练的语言来概括(包括简单原理图、相关公式等) 1．简谐振动在水平气垫导轨上的滑块m 的两端连接两根弹性系数1k 、2k 近乎相等的弹簧，两弹簧的另一端分别固定在气轨的两端点。滑块的运动是简谐振动。其周期为： 2 122k k M T +== π ω π 由于弹簧不仅是产生运动的原因，而且参加运动。因此式中M 不仅包含滑块（振子）的质量m ，还有弹簧的有效质量0m 。M 称为弹簧振子系统的有效质量。经验证：0m m M += 其中 s m m 31 0=，s m 为弹簧质量。假设：k k k ==21则有周期： 22T πω= = 若改变滑块的质量m ?，则周期2T 与m ?成正比。222 4422M m T k k ππ?=+。以2T 为纵坐标，以m ?为横坐标，作2T -m ?曲线。则为一条斜率为242k π的直线。由斜率可以求出弹簧的弹性系数k 。求出弹性系数后再根据式22 42M T k π=求出弹簧的有效质量。 2．阻尼振动简谐振动是一种振幅相等的振动，它是忽略阻尼振动的理想情况。事实上，阻尼力不可避免，而抵抗阻力做功的结果，使振动系统的能量逐渐减小。因此，实验中发生的一切自由振动，振幅总是逐渐减小以至等于零的。这种振动称为阻尼振动。用品质因数（即Q 值），来反映阻尼振动衰减的特性。其定义为：振动系统的总能量E 与在一个周期中所损耗能量E ?之比的π2倍，即 2E Q E π =?；通过简单推导也有： 12 ln 2 T Q T π= 2 1T 是阻尼振动的振幅从 0A 衰减为 2 0A 所用时间，叫做半衰期。测出半衰期就可以计算出品质因数Q 。在实验中，改变滑块的质量。作质量与品质因数的关系曲线。 [实验内容]: 简述实验步骤和操作方法 1. 打开气泵观察气泵工作是否正常，气轨出气孔出气大小是否均匀。 2. 放上滑块，调节气轨底座，使气轨处于水平状态。 3. 把滑块拉离平衡位置，记录下滑块通过光电门10次所用的时间。 4. 改变滑块质量5次，重复第3步操作。 5. 画出m T -2 关系曲线，.据m T -2关系曲线，求出斜率K ，并求出弹性系数k 。 6. 用天平测量滑块（附挡光片）、每个附加物的质量后；求出弹簧的有效质量。 7. 用秒表测量滑块儿的振幅从A 0衰减到A 0/2所用的时间2 1T ；求出系统的品质因数Q 8. 滑块上增至4个附加物，重复步骤7作出Q-m ?的关系曲线；

复合材料的特点及应用

复合材料的特点及应用定义：复合材料是由两种或多种不同类型、不同性能、不同形态、不同成分和不同相型的组分材料，通过适当的复合方法，将其组合成一种具有整体结构特性的，使用性能优异的材料体系。复合材料品种较多，按基本分类通常为：金属基复合材料、陶瓷基复合材料、树脂基复合材料、碳/碳复合材料和纳米复合材料。在这里，且介绍我们从事的树脂基复合材料。树脂基复合材料主要由树脂基体、增强材料、填料与助剂组成。一、常用的热固性树脂基本有：不饱和聚酯树脂、酚醛树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂、乙烯基酯树脂、有机硅树脂等。见表1 表1几种热固性树脂及复合材料的主要特性和用途二、树脂基复合材料常用的增强材料有玻璃纤维及其织物、芳纶纤维及其织物、碳纤维及其织物、高拉伸聚乙烯纤维及其织物以及其他高性能纤维及其织物等。三、树脂基复合材料的主要特点 1.材料的形成与制品的成型同时完成。利用复合材料形成和制品成型同时完成的特点，可以实现大型制品一次性成型，从而简化了制品结构并且减少了组成零件和联接零件的数量，这对减轻制品质量，降低工艺消耗和提高结构使用性能十分有利。 2.制品轻质高强、具有突出的比强度、比模量纤维增强制品相对密度仅有1.4～2.0，只有普通钢的1/4～1/6，比铝合金还轻1/3。而机械强度却达到或超过普通钢的水平。玻璃纤维增强的环氧复合材料拉伸强度和弯曲强度均在400Mpa以上。碳纤维增强的环氧树脂比强度、比模量见表2

表2 1.03×）× 0.13×0.27× 可见复合材料的比强度比钢高3～8倍，比模量高3～6倍。 3.尺寸稳定性好 4.优越的耐热、耐高温特性。一般其热变形温度在150℃～260℃之内。 5.电性能优良由于复合材料具备的优良的电性能，其制品不存在电化学腐蚀和杂散电流腐蚀，可广泛地用于制造仪表、电机及电器中的绝缘零部件，以提高电气设备的可靠性并延长其使用寿命。此外，制品在高频作用下良好的介电性和微波透过性，已用于制造多种雷达罩等高频绝缘产品。 6.卓越的耐腐蚀性对大气、水和一般浓度的酸、碱、盐等介质具有良好的化学稳定性，特别是在强的非氧化性酸和相当广泛的PH值范围内的介质中具有良好的稳定性。 7.可设计性、可配制性显著鉴于复合材料的上述优越特性，多用于制造机械结构件、绝缘件、高频受力件和其他功能性结构部件。

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：