分类： 动力与电气工程 >> 动力与电气工程其他学科 提交时间： 2024-10-28
摘要： 为了揭示随机激励下斜拉索参数振动特性,考虑拉索几何非线性、倾角以及桥面梁的协同振动影响,建立了斜拉索-桥面梁耦合参数振动模型,利用相空间变换推导了索-梁结构耦合振动伊藤状态方程组,给出了高斯白噪声作用下索梁振动时程求解迭代格式,分析了拉索随机响应时程、频域、统计特性以及概率密度变化,并与高斯截断方法进行比较,考察了拉索阻尼比、初始张力、桥面梁的初始扰动以及随机激励强度对拉索振动的影响规律。结果表明:斜拉索振动迭代方法可有效求解随机激励下索-梁耦合参数振动时程,与传统的高斯截断方法的计算结果吻合; 随机激励下,斜拉索“拍振”振幅具有明显的不确定性,斜拉索与桥面梁结构发生耦合振动时,两者之间存在能量传递现象; 斜拉索随机激励位移响应均值具有非平稳瞬态特性,其位移均方差的稳定时间大于理想激励下的响应; 斜拉索响应功率峰值对应的频率和功率谱密度旁瓣峰值衰减量基本一致,但斜拉索第一旁瓣峰值与主峰差值并不相同。斜拉索振动响应概率密度分布满足高斯分布形态,置信区间约为0.98,符合马尔科夫性质。随着阻尼比增大,拉索阻尼抑制效率降低; 桥面梁初始扰动越大,拉索振动位移越大; 拉索张力越大,拉索振动幅值呈非线性减小趋势,但张力进一步增大时,拉索振动幅值衰减趋于稳定; 随机激励强度越大,拉索响应越大。
分类： 力学 >> 基础力学 提交时间： 2023-11-09 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 探讨构建足-鞋三维复合有限元模型的方法,基于所建模型开展生物力学应用研究,为跑鞋设计优化及足部潜在损伤预防提供科学依据。基于足-鞋三维CT断层影像数据进行逆向重建,结合实验三维空间参数定义模型加载及边界条件,建立个体化足-鞋非完全接触有限元模型。细划足底和鞋底压力分区,与实验测试结果对比全方位验证模型的可靠性,并采用Bland-Altman分析、Pearson相关性分析以及配对T检验进一步验证方法的一致性及有效性。应用模型模拟分析裸足/着鞋状态,不同鞋底材料刚度对人体静态站立工况下跖骨区应力的影响。结果如下:1)除前足外,其他所有分区模拟与实验结果相对一致。进一步统计分析发现,两种方法有显著相关性(r=0.986; P<0.001),所有压力差值点均处于95%一致性界限区间内,且数据无显著性差异(P=0.202),表明方法的一致性和有效性均相对较好; 2)静态站立工况下应力主要分布在第二、三跖骨体,其中第三跖骨所受应力最大。与着鞋站立相比,裸足时跖骨区应力峰值明显上升; 3)随着鞋底材料刚度的增加,跖骨间应力峰值差异也逐渐增大,应力趋向集中于第二、三跖骨。基于上述研究结果,本研究得出以下结论:1)前足模拟压力不足或与其纵向应变过大相关,后续研究应考虑优化约束条件; 2)裸足及鞋底刚度增加会导致跖骨应力异常变化,建议在进行裸足跑鞋或碳板跑鞋研发设计时,可考虑在前足跖骨区域添加缓冲结构,协助优化跖骨应力分布,降低潜在损伤风险。
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