抽象性

感知度分析可取结构参数变量并只实现一次性分析关系,这将大大减少分析工作,特别是大规模结构的分析工作测试传输塔频率敏感度比较研究在本研究中积极展开三维分析模型传输塔使用有限元素法建立敏感系数自然频率推导 基础方程塔运动此外,还提议表达对Young模数的频率敏感度、材料密度、成员跨区、强硬度和弯曲时态惯性实播塔建建中国实例研究拟敏感度计算法的可行性和可靠性深入模拟研究,以比较不同物理参数的敏感系数实例结构工作显示,Young模数、密度和跨区敏感系数的大小远大于强硬度和弯曲时空惯性。

开工导 言

广度传输塔成为典型空间钢结构,在全世界广泛使用电源基础设施。传输塔是一个高楼结构小阻塞并易发生强振动,如地震和风加载一号-3..世界各地常有报道说,电传塔在动态振荡下过度振荡可诱发结构破坏甚至故障[4-6..因此,有必要评价传输塔结构性能受外部动态引用近20年来进行了多项理论实验性调查,以检查传输塔性能[7,8..关于性能评价方法和技术,传输塔系统按常规设计并搭建时使用适当的设计标准,不考虑动态优化效果因此,共同方法不深入洞察强动态推理下结构瞬态,尽管考虑动态效果可能很重要。以振动为基础的结构健康监测方法被广泛用于对全世界各地的土木工程结构进行性能评价[九九-11..SHM进程需要开发或改进物理系统数学模型,使用测量数据描述输入、输出和噪声关系12,13..开发各种方法提高测量数据结构有限元素模型的质量14..ebling等(1998年)15sHM综合评审关于所使用不同的SHM算法,各种物理参数对结构响应的影响可详细研究以确定结构动态设计和评估关键参数

对带确定参数的传输塔而言,通过多次重新计算实现动态特征与变换参数之间的关系是麻烦事,对大规模结构几乎是不可能的,而敏感度分析作为一种替代方法可以将结构参数作为变量实现关系,只有一次性分析才能实现关系,这将显著减少分析工作,特别是大规模结构的分析工作[16..敏感度分析是调查物理参数对静态动态响应效果的合理强工具敏感度分析涉及动态推理下结构响应可用参数之间的关系位移、速度、加速、压力、压力、自然频率、模式形状和频率响应等应对措施依赖性通过结构力学原理方程隐含定义[17..动态敏感度分析用于计算结构物理参数变化时动态属性变化率

当前对传输塔动态评估的研究侧重于响应计算和减缓到目前为止,对传输塔动态评估的敏感分析很少得到调查为此目的,本研究积极研究传输塔频率敏感度三维传输塔模型使用FE法建立差分敏感度分析法分别基于差分敏感系数、绝对敏感系数和相对敏感系数敏感系数自然频率推导 基础方程塔运动此外,建议表达对Young模数的频率敏感度、材料密度、成员跨区、强硬度和弯曲时态惯性实播塔被举为实例调查结构参数对自然频率的影响密集参数研究比较不同物理参数的敏感系数实播塔建建中国实例研究拟敏感度计算法的可行性和可靠性观察显示,Young模数、密度和跨区敏感系数的大小远大于强硬度和弯曲时空惯性系数的大小杨氏模数、密度和跨区是影响传输塔动态特征的重要结构参数

二叉传输塔模型

传输塔是一种典型Trus结构使用钢成员构建,通常可以使用基于有限元素法的波束元素模拟18号,19号..欧拉-伯努利波束元素 僵硬矩阵 Th元素传输塔 局部坐标系 华府市

元素僵硬矩阵全局坐标系 可表示为元素复数僵硬矩阵 LCS内带坐标变换矩阵 质量矩阵 Th元素LCS传输塔 可建基于包扎质假设20码: 去哪儿 元素质量矩阵 gss结构成员 可表示为 全局质量矩阵 僵硬矩阵 传输塔可分别表示如下: 去哪儿 数传输塔 自由变矩阵从LCS转GCS

3级频度敏感度分析

3.1.差分敏度分析

复杂结构性能评估满足动态响应限制通常会因动态分析计算成本而受到阻碍。基本需求是动态响应量变化信息结构参数变化信息以及在结构性能评价中快速再分析需求信息敏感特征分析结构参数非常重要,在结构设计、优化和评价中得到广泛接受敏感系数定义为特定响应量变化率 结构参数变化 .敏感系数可评为绝对值、相对值或归并相对值相对值独立于参数值的各个单元,同时,除此以外,归并式相对参数与响应值也归并

差分敏感系数即响应斜坡 与参数相关 中计算参数的状态当计算所有选定响应的差值时,选择参数即敏感矩阵元素 获取时间 : 中 回答数; 表示结构参数数绝对敏感系数 算法 , 敏感矩阵中的th元素 .

绝对敏感系数使用响应单位和参数值计算如果要比较不同类型的参数敏感度,可采用相对敏感度: 去哪儿 正方形矩阵表示参数值相对敏感系数由 相对敏感度可规范响应值 去哪儿 正方形矩阵控制响应值归并相对敏感系数由

3.2频度敏度

igenvaly方程MDOF传输塔可表示为21号,22号万事通 去哪儿 , 并 质量矩阵、僵硬矩阵和传输塔模式矢量igenvalue方程 模式振荡 质量矩阵、僵硬矩阵和模量矢量是物理参数函数正因如此 第一批衍生物13偏差对称 排成一行 Th结构成员 Th模式振荡结果 中 并 有 循环频率和模式向量系统质量僵硬矩阵对称矩阵 预乘矢量 至14将产生 循环频率关系 自然频率 排成一行 Th振荡模式可写成 频率敏感度 Th结构参数 华府市 方程18号提供计算敏感度的方法 自然频率变化 Th结构参数 .假设传输塔线性变换自然频率因结构参数变换变化小 Th自然频率 结构参数变化 可表示为

3cm3频度结构参数敏感度

敏感度 Th自然频率对结构参数 可使用元素僵硬矩阵重写 质量矩阵 排成一行 gss中th元素 中 表示传输塔成员总数敏感度 自然频率向永模 Th结构元件 由提供 去哪儿 敏感度 自然频率至密度 Th结构元件 华府市 替代3进进23号产值 去哪儿 并 交叉区和长度 Th元素,分别敏感度 Th自然频率跨区 Th结构元件 华府市 去哪儿 敏感度 自然频率到惯性时刻 , 并 排成一行 结构元件可表示为 敏感度 Th自然频率比Poisson Th结构元件 华府市 去哪儿

4级案例研究

4.1.示例传输塔描述

依据建议方法检验频率敏感度时,中国实建传输塔即为示例结构图一号显示大传输塔高位电源传输高84.5米传输塔位于中国南岸传输塔结构成员由Q235钢制成,产生压力235兆帕杨模范钢为2.01x1011m/m2密度7800kg/m3.垂直主成员、斜面成员、交叉臂和塔平台组成空间图塔2(a),2(b)并2(c)..六大平台连接垂直主成员组成塔体,斜翼成员合并增加整个塔的垂直和横向僵硬性双交叉臂搭建塔体顶端连接传输线三维FE模型建基于FE法和辅助商业包件

(a) 提升
(a) 提升
三维模型
三维模型
平面视图
平面视图
图1
模拟传输塔分析模型
垂直主成员
垂直主成员
skew成员(xg)
skew成员(xg)
交叉臂平台
交叉臂平台
图2
配置示例传输塔

使用商业计算机打包为钢传输塔搭建三维有限元模型模型共13243D波段和488节点,每个节点自由度达6度有限元素模型中所有关节均假设僵硬三大方向中所有支持的移动受限为了方便后续讨论,传输塔每个组件中的波束元素用不同的数字编号垂直主成员中的波段元素数从1到80(注zc),平台中的元素数从81到408(注pt),斜线成员中的元素计从409到772(注xg),下角横段元素计从773到1072(注hd1),上角臂中的元素计从1073到1324(注hd2)。垂直主成员数仅占结构所用元素总数的6%,而斜率成员数占结构所用元素总数的24.7%。垂直主成员为空圆段,所有其他成员为角段

4.2动态特征传输塔

动态特征分析基于钢传输塔固定有限元模型前八次自然频率和振荡模式显示于表一号图解3..飞机外振荡和机内振荡传输塔首个自然频率分别为1.736赫兹和1.759赫兹。可以看到第一和第二振荡模式是全局振荡模式 方向和 分别取方向第三个振荡模式是全局振荡模式 - 平面由塔旋转第四至第六振荡模式是高序翻译模式和高压振荡模式塔前八次自然频率计算显示结构自然频率不近距离前三种模式形状的动态响应是传输塔全动态响应的主要部分

表1
动态传输塔属性
第1组
第1组
二次
二次
(c) 第三批
(c) 第三批
第四批
第四批
第五批
第五批
第六批
第六批
第七批
第七批
八大
八大
图3
八模式前模传输塔
4.3频率敏感传输塔

图4显示前八次自然频率敏感度前两个图显示前两个自然频率比其他成员更敏感Young垂直主成员变换模第三个图中的曲线表示,斜率成员首次敏感系数比其他成员高得多。高自然频率全局振荡 更敏感青年模变 垂直主成员 和斜率成员与结构配置和振荡模式一致前两种变形振荡方式主要归因于垂直主成员变形,而第一种变形模式则归因于斜面成员变形高振荡方式主要是由于垂直大成员与斜翼成员并发第七振荡模式是平台一局部振荡,因此第七自然频率对平台一模有明显敏感度比较图中敏感系数的大小4发现青年垂直大成员模式前两种振动模式与所有其他振动模式相比发挥着重要作用斜率成员敏感系数略小于垂直大成员敏感系数

(a)
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(b)
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(c)
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图4
前八次自然频率对Wen's模程的敏感度

图显示5前八次自然频率对材料密度的敏感度众所周知自然频率随物密度增加而下降因此,图中表示5敏感系数负值自然频率对密度的敏感系数与Young模数大相径庭前两个数字显示前两个自然频率对垂直主成员(zc)和跨臂成员密度变化比较敏感然而,斜率成员与平台密度敏感系数小得多。第三个图中的曲线表示,双臂首次遍度敏感系数远大于其他成员这是因为第三个模式是 横跨双臂震动二阶平面振荡和平面振荡即第四和第五波波段对垂直主成员密度变化具有压倒性敏感度。从二阶遍历模式(例如第六模式)的密度敏感度中可作相似观察,因为这种模式是塔体的遍历振荡关于高排序翻译模式,斜面成员密度可能对敏感系数产生微小效果,图八图显示5.

(a)
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图5
前8次自然频率对材料密度的敏感度

图6表示前八次自然频率对每个成员交叉面积的敏感度清晰可见跨区敏感系数与Young模数密度系数大相径庭成员跨区增量并不总是导致结构自然频率增量前两个数字显示前两个自然频率比其他成员对垂直主要成员跨区变化更为敏感就前两个自然频率而言,大多数垂直主要成员跨区增加可诱导自然频率增量反之,成员跨区增加可能会增加全球质量而不是僵硬性结构自然频率可能在一定程度上下降第三图显示,斜面成员可以通过增加跨区而增强,而第三自然频率则可提高,与第一阶遍历模式相对应。从高自然频率敏感系数中可发现相似观察可见青年模数和跨区高度相似僵硬矩阵 Th元素传输塔 本地坐标系 表示方式一号.发现Young的模范 跨区 对轴硬性有重要贡献 单成员名青年模数还帮助成员弯曲僵硬 .因此图间的比较4并6表示Young模数敏感度比跨区略大

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图6
前八次自然频率敏感度跨区

前八次自然频率敏感度 图中显示7.从第三个图中可以看出,第三频敏感系数比所有其他频率敏感系数大得多。频率敏感系数比杨氏模数、密度和跨区小得多结构成份的僵硬性可能对传输塔的振荡模式产生一定程度的影响前八次自然频率对惯性弯曲时刻的敏感 并 图中显示8并九九..频率敏感系数向弯曲时刻僵硬度 也远小于杨氏模数、密度和跨区发现前5次自然频率主要垂直成员敏感系数远大于其他成员观察显示,主要垂直成员弯曲时态惯性对结构模式属性的影响与其他成员相比更为明显。

(a)
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图7
前八次自然频率敏感度 .
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图8
前八种自然频率对惯性弯曲时刻的敏感度 .
(a)
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g)
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图9
前八种自然频率对惯性弯曲时刻的敏感度 .

5级结束式备注

基于频率敏感度分析评价传输塔参数效果的可行性在本研究中积极展开3D传输塔分析模型首先使用FE法构建差分敏感度分析法分别基于差分敏感系数、绝对敏感系数和相对敏感系数敏感系数自然频率推导 基础方程塔运动此外,还提议表达对Young模数的频率敏感度、材料密度、成员跨区、强硬度和弯曲时态惯性实传输塔系统作为实例调查结构参数对自然频率的影响

观察显示,与所有其他振动模式相比,青年垂直主要成员模式在前两种振动模式中发挥着重要作用。斜率成员敏感系数略小于垂直大成员敏感系数自然频率对密度的敏感系数与Young模数不同,因为自然频率随物密度增加而下降敏感系数跨区与Young模数密度大相径庭成员跨区增量并不总是导致结构自然频率增量频率敏感系数对硬性刻度和弯曲刻度远小于Young模数、密度和跨区比较敏感系数的大小,人们可以发现Young模数、密度和跨区在评估传输塔动态性能方面更为重要结构参数。

利益冲突

撰文者声明,本论文的发布不存在利益冲突问题。

感知感知

作者感谢中国南电网技术项目的资助有限公司湖北省自然科学基金会(2014CFA026)和Fok Ying-Tong教育基金会(131072)。