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考虑土—结构相互作用的汽轮发电机基础动力响应分析

作　者: 方明
导　师: 李惠
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 建筑与土木工程
关键词: 土-结构相互作用 粘弹性人工边界 大型动力机器基础 有限元
分类号: TU476.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


本文对考虑土-结构相互作用的汽机基础动力特性进行了系统的研究，推导了土-结构相互作用的运动方程，分析了土-结构相互作用的原理并总结了其特点，建立了大型汽轮发电机组-基础-桩土-人工边界的三维实体有限元模型，并成功的将一致粘弹性人工边界和等效地震动输入方法应用到三维时域有限元分析中，通过对比考虑和忽略桩土两种情况下的模态分析和动力分析结果，研究了土-结构相互作用对汽机基础动力特性及动力反应的影响。论文的主要研究工作如下：1，系统研究了土-结构相互作用的原理及其特点。推导了土-结构相互作用的运动方程，阐述了土-结构相互作用的物理意义，经过推导进一步解释了动力相互作用和惯性相互作用，通过参数分析研究了土-结构相互作用的特点；详细介绍了土-结构相互作用的整体时域分析方法，阐述了粘弹性人工边界及等效地震动输入的原理和步骤，通过算例验证了该方法在三维时域有限元分析中的精度。2，建立了大型汽轮发电机组-基础-桩土-人工边界的三维实体有限元模型，该模型包括汽轮发电机的叶片、轴承和支座，基础梁板、立柱和底板，土体介质、桩和人工边界；分别介绍了钢筋和混凝土有限元模型的定义以及两者作用关系的定义，介绍了计算分析中涉及到了数值积分方法，包括线性（二次）完全积分和线性（二次）缩减积分，并对比其优缺点进而提出了优化方法。3，通过对比线单元模型和实体单元模型的模态分析结果，验证了汽机基础三维实体模型的合理性，通过对比考虑和忽略桩土两种情况下汽机基础三维实体模型的模态分析结果，研究了土-结构相互作用对汽机基础结构动力特性的影响；运用整体时域分析方法分别分析了设备不平衡力作用下和地震动作用下汽机基础在考虑和忽略桩土两种情况下的动力反应，并将考虑和忽略土-结构相互作用的计算结果进行了比较研究，总结了土-结构相互作用对汽机基础结构动力反应的影响。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章 绪论  8-19
  1.1 课题背景  8-9
  1.2 汽机基础的结构形式及特点  9-10
  1.3 土-结构相互作用理论的研究概况  10-15
    1.3.1 历史及发展  10-13
    1.3.2 研究方法  13-15
  1.4 人工边界条件  15-17
  1.5 本文的主要研究内容  17-19
第2章 土-结构相互作用的原理及整体分析方法  19-40
  2.1 土-结构相互作用的原理  19-25
    2.1.1 运动方程  19-22
    2.1.2 物理意义及解释  22-23
    2.1.3 动力相互作用及惯性相互作用  23-25
  2.2 土-结构相互作用的特点  25-29
    2.2.1 问题描述  25-26
    2.2.2 运动方程  26-27
    2.2.3 无量纲参数  27-28
    2.2.4 参数分析  28-29
  2.3 土-结构相互作用的时域整体分析  29-38
    2.3.1 粘弹性人工边界  30-34
    2.3.2 人工边界算例  34-36
    2.3.3 等效地震动输入  36-38
  2.4 本章小结  38-40
第3章 汽机-基础-地基有限元模型  40-52
  3.1 物理模型介绍  40-44
    3.1.1 汽轮发电机组模型  41-42
    3.1.2 框架式基础模型  42-43
    3.1.3 地基土体及人工边界模型  43-44
  3.2 材料模型介绍  44-47
    3.2.1 钢筋混凝土有限元模型  44
    3.2.2 混凝土本构关系定义  44-46
    3.2.3 钢筋本构关系定义  46-47
    3.2.4 钢筋混凝土的模拟方法  47
  3.3 数值积分方法  47-51
    3.3.1 完全积分（线性、二次）的比较分析  48-50
    3.3.2 缩减积分（线性、二次）的比较分析  50-51
  3.4 本章小结  51-52
第4章 汽机-基础-地基结构体系动力响应分析  52-70
  4.1 模态分析  52-61
    4.1.1 验证模型合理性  52-57
    4.1.2 土-结构相互作用的影响  57-61
  4.2 设备不平衡力作用分析  61-67
    4.2.1 设备不平衡力  61-62
    4.2.2 垂直激励  62-65
    4.2.3 水平激励  65-67
  4.3 地震响应分析  67-69
    4.3.1 地震动输入  67
    4.3.2 分析结果  67-69
  4.4 本章小结  69-70
结论  70-73
参考文献  73-76
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果  76-78
致谢  78

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 土力学、地基基础工程 > 地基基础 > 特殊形式基础 > 动力机械基础
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