CN112733226A - 一种岸桥阻尼系数计算方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents

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CN112733226A CN202011608879.XA CN202011608879A CN112733226A CN 112733226 A CN112733226 A CN 112733226A CN 202011608879 A CN202011608879 A CN 202011608879A CN 112733226 A CN112733226 A CN 112733226A
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Abstract

本发明涉及一种岸桥阻尼系数计算方法、装置、设备及存储介质，方法包括：建立岸桥有限元结构模型；基于所述有限元结构模型，建立瑞利阻尼方程；获取所述有限元结构模型的阻尼比，并根据X方向激励下结构振动的第一阶固有频率获取所述瑞利阻尼方程的两个基本频率；根据所述阻尼比和两个基本频率计算出所述岸桥的阻尼系数。本发明解决了目前岸桥结构阻尼系数计算误差较大的问题。

Description

一种岸桥阻尼系数计算方法、装置、设备及存储介质
技术领域
本发明涉及岸桥抗震技术领域，尤其涉及一种岸桥阻尼系数计算方法、装置、设备及存储介质。
背景技术
机械、土木等大型结构的设计是一项涉及多个领域的复杂工程。对于处于地震高发区的结构，保证其在地震发生时有着良好的抗震性能是至关重要的。以岸桥(岸边集装箱起重机)结构为例，设计者必须掌握结构在不同工况下的动态性能，预测结构在不同地震情况下危险发生的部位，并对结构做出合理的改进，避免地震来临时发生重大事故。对于这类大型结构无法进行现场试验，只能进行相似模型试验，而模型制作及试验过程复杂、耗费资金，因此在进行模型试验前，需要进行结构地震动力学仿真实验分析，了解其动态特性，从而降低试验次数。更重要的是，可靠的仿真数据，能准确预测岸桥这类大型结构的地震响应，验证模型试验的可靠度。大型结构地震动力学仿真实验分析中，阻尼一直是研究中的难点，合理的设置阻尼系数能使仿真实验结果更加准确可靠。
现有的岸桥结构阻尼系数计算方法均参照了土木工程领域，鉴于岸桥结构与土木结构巨大差异，采用土木结构阻尼系数计算方法进行岸桥地震仿真实验存在明显误差。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种岸桥阻尼系数计算方法、装置、设备及存储介质，用以解决目前岸桥结构阻尼系数计算误差较大的问题。
第一方面，本发明提供一种岸桥阻尼系数计算方法，包括如下步骤：
建立岸桥有限元结构模型；
基于所述有限元结构模型，建立瑞利阻尼方程；
获取所述有限元结构模型的阻尼比，并根据X方向激励下结构振动的第一阶固有频率获取所述瑞利阻尼方程的两个基本频率；
根据所述阻尼比和两个基本频率计算出所述岸桥的阻尼系数。
优选的，所述的岸桥阻尼系数计算方法中，所述有限元结构模型为与岸桥原模型的比例为1∶20的模型。
优选的，所述的岸桥阻尼系数计算方法中，所述瑞利阻尼方程为：
Figure BDA0002870779700000021
其中，α和β均为阻尼系数，ξ为阻尼比，ω1和ω2均为基本频率。
优选的，所述的岸桥阻尼系数计算方法中，所述阻尼比为0.05。
优选的，所述的岸桥阻尼系数计算方法中，两个所述基本频率分别为：
X方向激励下结构振动的第一阶固有频率ω1；以及
ω2＝nω1，n是大于ωe/ω1的奇数，其中ωe为地震波的主频。
第二方面，本发明还提供一种岸桥阻尼系数计算装置，包括：
模型建立模块，用于建立岸桥有限元结构模型；
阻尼方程建立模块，用于基于所述有限元结构模型，建立瑞利阻尼方程；
基本频率获取模块，用于获取所述有限元结构模型的阻尼比，并根据X方向激励下结构振动的第一阶固有频率获取所述瑞利阻尼方程的两个基本频率；
阻尼系数计算模块，用于根据所述阻尼比和两个基本频率计算出所述岸桥的阻尼系数。
优选的，所述的岸桥阻尼系数计算装置中，所述瑞利阻尼方程为：
Figure BDA0002870779700000031
其中，α和β均为阻尼系数，ξ为阻尼比，ω1和ω2均为基本频率。
优选的，所述的岸桥阻尼系数计算装置中，两个所述基本频率分别为：
X方向激励下结构振动的第一阶固有频率ω1；以及
ω2＝nω1，n是大于ωe/ω1的奇数，其中ωe为地震波的主频。
第三方面，本发明还提供一种岸桥阻尼系数计算设备，其特征在于，包括：处理器和存储器；
所述存储器上存储有可被所述处理器执行的计算机可读程序；
所述处理器执行所述计算机可读程序时实现如上所述的岸桥阻尼系数计算方法中的步骤。
第四方面，本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现如上所述的岸桥阻尼系数计算方法中的步骤。
相较于现有技术，本发明提供的岸桥阻尼系数计算方法、装置、设备及存储介质，在进行瑞利方程建立后，根据岸桥地震实验特征，选取了合适的基本频率，通过合适的基本频率来计算出阻尼系数来进行阻尼的计算，可以避免了采用土木结构阻尼系数计算方法进行岸桥地震仿真实验存在明显误差，减少误差，使计算结果更加准确可靠。
附图说明
图1为本发明提供的岸桥阻尼系数计算方法的一较佳实施例的流程图；
图2为本发明岸桥有限元结构模型的一较佳实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
请参阅图1，本发明实施例提供的岸桥阻尼系数计算方法，包括如下步骤：
S100、建立岸桥有限元结构模型；
S200、基于所述有限元结构模型，建立瑞利阻尼方程；
S300、获取所述有限元结构模型的阻尼比，并根据X方向激励下结构振动的第一阶固有频率获取所述瑞利阻尼方程的两个基本频率；
S400、根据所述阻尼比和两个基本频率计算出所述岸桥的阻尼系数。
具体来说，阻尼是振动发生时系统因本身或外界的因素而使振幅逐渐降低的特性。当外界输入一定能量进入结构，就会使之产生振动，若外界停止能量输入，则结构随之出现振动衰减直到振动停止。由于这种特性，系统必须持续从外界获得能量才能维持振动。阻尼即是反映系统振动过程中能量不可逆地耗散特征的参数。
虽然阻尼力在数值上比惯性力和恢复力小很多，但阻尼在结构动力学中是最关键且最难解决的问题。阻尼的存在使得系统在共振时的振幅不能无限放大，还能通过减隔震设计减小地震对结构的破坏作用，利用材料的内阻尼将地震输入能量消耗掉。
故在进行岸桥地震实验时，需要进行阻尼的研究，而阻尼系数是阻尼研究的主要参数。
本发明实施例首先建立岸桥有限元结构模型，其模型示意图如图2所示，所述有限元结构模型为与岸桥原模型的比例为1：20的模型，岸桥主要由大车运行机构、门架结构(主要包括海陆侧门腿、立柱、上下横梁、门框横梁及拉杆等构件)、前后大梁、拉杆系统、机器房、运行小车及吊具等组成。本发明实施例中，利用Abaqus建立岸桥结构的三维仿真模型，其主要构件如：门腿、立柱、门框上下横梁、前后大梁均采用梁单元进行建模，各构件的具体截面尺寸在软件前处理中进行编辑并赋予；梯形架撑杆、门架撑杆、前后拉杆采用杆单元进行建模；机器房、运行小车及吊具、集装箱均简化为集中质量，通过在指定位置节点施加载荷来模拟；岸桥前后大梁的连接、梯形架上横梁耳板与拉杆的连接、前后大梁耳板与拉杆的连接均通过释放对应节点处的转动自由度进行模拟；箱型梁中所布置的加强筋、隔板等部件在模型中以附加质量的形式均布到整结构中；岸桥台车系统的模型用相同长度及刚度的等效梁单元代替。
在得到了有限元结构模型后，即可进行地震时程分析，首先进行阻尼参数的设置，而本发明实施例即是为了实现阻尼参数的确定，阻尼参数的设置包括阻尼系数α、β以及阻尼比ξ，需要人为在仿真软件材料属性窗口进行设置，α、β的值可以按照下式计算：
Figure BDA0002870779700000051
ξm、ωm分别为第m阶振型阻尼比与对应的固有频率；ξn和ωn分别为第n阶振型阻尼比和对应的固有频率。通过计算得出α、β，则其他各阶振型的阻尼比可通过下式求解：
Figure BDA0002870779700000061
当采用瑞利阻尼进行动力学分析，只能选取两个振型的阻尼比及频率来求解式中的两个代数方程以确定系数α、β，一旦选定两个振型的阻尼比及所对应的频率后，其他振型的阻尼比即可通过所对应的频率来计算。由此可见，系数α、β的计算，实质就是振型的选取，选取合适的振型及其所对应的频率就能得到最合理的α、β，即能通过有限元仿真实验得到最接近于实际情况的数据，为模型试验提供准确可靠的数据参考。
因此，选择两个基本频率，即可通过基本频率来计算阻尼系数，建立瑞利阻尼方程，具体的，所述瑞利阻尼方程为：
Figure BDA0002870779700000062
其中，α和β均为阻尼系数，ξ为阻尼比，ω1和ω2均为基本频率。
由于在对岸桥结构进行一般性的地震相应特征分析时，会假定低阶振型对应的阻尼比相同，故根据规定，将所述阻尼比选取为0.05。
进一步来说，研究表明，在双向水平地震共同作用下，各测点的加速度峰值比单向水平地震作用下要稍微高出，曲线趋势相同，说明Z向地震分量对结构主要振动方向的动态响应有一定影响，但影响很小，可忽略不计。故本发明在选择基本频率时，选取频率ω1为结构基频改为引起结构破坏主要地震方向的最低固有频率，而引起岸桥结构破坏主要地震分量为X方向(垂直于大车轨道方向)，故本发明实施例中，两个基本频率分别为：
X方向激励下结构振动的第一阶固有频率ω1；以及
ω2＝nω1，n是大于ωe/ω1的奇数，其中ωe为地震波的主频。
然后将基本频率和阻尼比带入所述瑞利阻尼方程后，即可计算阻尼系数α和β。这种计算方法既考虑到结构的频率特性以及地震动的频谱特性，也不会过低或过高估结构在ω1和ω2范围内的阻尼，在有限元软件中设置计算所得的阻尼系数可以得到更接近实际情况的时程响应结果。
在一个具体的实施例中，采用用振动台地震模拟试验对本发明的阻尼系数计算方法进行验证，试验中关键测点的动力响应数据和仿真计算结果显示：当加速度峰值为0.22g时，不同阻尼系数下仿真结果相差不大，且均与试验值接近；当加速度峰值为0.4g时，本发明的阻尼系数方法所得的仿真计算结果与试验值最匹配(在两种不同岸桥型号以及多种不同地震激励下均与试验值误差最小)；当加速度峰值为0.62g时，只有本发明的阻尼系数方法所得的仿真计算结果与试验值误差在10％以内，表明本发明的阻尼系数计算方法准确可靠。
基于上述岸桥阻尼系数计算方法，本发明还相应的提供一种岸桥阻尼系数计算装置，包括：
第二方面，本发明还提供一种岸桥阻尼系数计算装置，包括：
模型建立模块，用于建立岸桥有限元结构模型；
阻尼方程建立模块，用于基于所述有限元结构模型，建立瑞利阻尼方程；
基本频率获取模块，用于获取所述有限元结构模型的阻尼比，并根据X方向激励下结构振动的第一阶固有频率获取所述瑞利阻尼方程的两个基本频率；
阻尼系数计算模块，用于根据所述阻尼比和两个基本频率计算出所述岸桥的阻尼系数。
优选的，所述瑞利阻尼方程为：
Figure BDA0002870779700000081
其中，α和β均为阻尼系数，ξ为阻尼比，ω1和ω2均为基本频率。
优选的，两个所述基本频率分别为：
X方向激励下结构振动的第一阶固有频率ω1；以及
ω2＝nω1，n是大于ωe/ω1的奇数，其中ωe为地震波的主频。
由于上文已对岸桥阻尼系数计算方法进行详细描述，在此不再赘述。
基于上述岸桥阻尼系数计算方法，本发明还相应的提供一种岸桥阻尼系数计算设备，包括：处理器和存储器；
所述存储器上存储有可被所述处理器执行的计算机可读程序；
所述处理器执行所述计算机可读程序时实现如上述各实施例所述的岸桥阻尼系数计算方法中的步骤。
由于上文已对岸桥阻尼系数计算方法进行详细描述，在此不再赘述。
基于上述岸桥阻尼系数计算方法，本发明还相应的提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现如上述各实施例所述的岸桥阻尼系数计算方法中的步骤。
由于上文已对岸桥阻尼系数计算方法进行详细描述，在此不再赘述。
综上所述，本发明提供的岸桥阻尼系数计算方法、装置、设备及存储介质，在进行瑞利方程建立后，根据岸桥地震实验特征，选取了合适的基本频率，通过合适的基本频率来计算出阻尼系数来进行阻尼的计算，可以避免了采用土木结构阻尼系数计算方法进行岸桥地震仿真实验存在明显误差，减少误差，使计算结果更加准确可靠。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种岸桥阻尼系数计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
建立岸桥有限元结构模型；
基于所述有限元结构模型，建立瑞利阻尼方程；
获取所述有限元结构模型的阻尼比，并根据X方向激励下结构振动的第一阶固有频率获取所述瑞利阻尼方程的两个基本频率；
根据所述阻尼比和两个基本频率计算出所述岸桥的阻尼系数。
2.根据权利要求1所述的岸桥阻尼系数计算方法，其特征在于，所述有限元结构模型为与岸桥原模型的比例为1：20的模型。
3.根据权利要求1所述的岸桥阻尼系数计算方法，其特征在于，所述瑞利阻尼方程为：
Figure FDA0002870779690000011
其中，α和β均为阻尼系数，ξ为阻尼比，ω1和ω2均为基本频率。
4.根据权利要求3所述的岸桥阻尼系数计算方法，其特征在于，所述阻尼比为0.05。
5.根据权利要求4所述的岸桥阻尼系数计算方法，其特征在于，两个所述基本频率分别为：
X方向激励下结构振动的第一阶固有频率ω1；以及
ω2＝nω1，n是大于ωe/ω1的奇数，其中ωe为地震波的主频。
6.一种岸桥阻尼系数计算装置，其特征在于，包括：
模型建立模块，用于建立岸桥有限元结构模型；
阻尼方程建立模块，用于基于所述有限元结构模型，建立瑞利阻尼方程；
基本频率获取模块，用于获取所述有限元结构模型的阻尼比，并根据X方向激励下结构振动的第一阶固有频率获取所述瑞利阻尼方程的两个基本频率；
阻尼系数计算模块，用于根据所述阻尼比和两个基本频率计算出所述岸桥的阻尼系数。
7.根据权利要求6所述的岸桥阻尼系数计算装置，其特征在于，所述瑞利阻尼方程为：
Figure FDA0002870779690000021
其中，α和β均为阻尼系数，ξ为阻尼比，ω1和ω2均为基本频率。
8.根据权利要求7所述的岸桥阻尼系数计算装置，其特征在于，两个所述基本频率分别为：
X方向激励下结构振动的第一阶固有频率ω1；以及
ω2＝nω1，n是大于ωe/ω1的奇数，其中ωe为地震波的主频。
9.一种岸桥阻尼系数计算设备，其特征在于，包括：处理器和存储器；
所述存储器上存储有可被所述处理器执行的计算机可读程序；
所述处理器执行所述计算机可读程序时实现如权利要求1-5任意一项所述的岸桥阻尼系数计算方法中的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现如权利要求1-5任意一项所述的岸桥阻尼系数计算方法中的步骤。
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