大跨度叠合梁斜拉桥多维多点非平稳随机地震响应分析

为研究地震动非平稳特性对大跨度叠合梁斜拉桥随机地震响应的影响,采用绝对位移求解的虚拟激励法在通用有限元软件中对某座叠合梁斜拉桥进行多维多点非平稳随机地震响应分析.研究结果表明:采用绝对位移求解的虚拟激励法,能在通用有限元软件中高效地实现对大跨度叠合梁斜拉桥多维多点非平稳随机地震响应分析;设计中假定地震动平稳性,得到的结果偏于保守;行波效应对大跨度叠合梁斜拉桥结构响应有显著影响,考虑行波效应对主塔塔顶位移和塔底内力是有利的,但应注意其对主梁跨中位移和内力的不利影响.     

均布载荷作用下各向异性固支梁的解析解

针对均布载荷作用下的各向异性梁在两端固支条件下的平面应力问题,给出了一个求解应力和位移解析解的方法．该方法构造了一个含待定系数的应力函数,通过Airy应力函数解法,给出了含待定系数的应力和位移通式．对固支端边界条件采用两种处理办法．利用应力和位移边界条件,确定应力函数中的待定系数,得到了应力和位移的解析表达式．结果表明,该解析解与有限元数值结果相比,两者较为吻合．该解析解是对弹性理论中相关经典例题的补充．     

Dynamic Responses Analysis of Bridges With Uncertain Parameters Under Moving Loads北大核心CSCD

针对具有不确定参数桥梁在移动荷载作用下的动力响应分析,首次建立了移动荷载作用下桥梁响应分析的多项式维数分解法.将结构的不确定参数视为独立的随机变量,构造了结构动力响应关于不确定参数的随机函数;进而采用一组变量数目逐次增加的成员函数实现结构动力响应的维数分解,并利用Fourier多项式展开推导成员函数的近似显式表达.通过降维积分方法降低概率空间内的积分维度,高效地实现了展开系数的计算.在数值算例中,进行了具有不确定参数桥梁在移动荷载作用下的响应估计,并与Monte-Carlo模拟进行对比,验证了该文方法的精确性和效率.     

An Asymptotic-Homogenization Explicit Time-Domain Method for Random Multiscale Vibration Analysis of Porous Material Structures北大核心CSCD

由于具有高比强、高比刚度等优点,多孔结构在土木工程、机械工程和航天航空工程等领域得到了广泛应用.在随机动力荷载作用下多孔结构的随机响应分析是值得关注的研究方向之一.采用多尺度渐近均匀化法,推导了周期性多孔结构动力问题的多尺度控制微分方程,并建立了多孔结构宏观和细观动力响应的时域显式表达式.在此基础上,结合结构随机振动时域显式法,实现了非平稳随机激励下多孔结构动力响应统计矩的计算.所提出的渐近均匀化-时域显式法,一方面可以发挥多尺度动力分析渐近均匀化法的计算优势,高效建立多孔结构宏观和细观动力响应的时域显式表达式;另一方面也可以利用随机振动时域显式法的计算特点,快速精确地求解非平稳随机激励下多孔结构的随机振动问题.通过数值算例,验证了所提方法在多孔结构非平稳随机振动问题求解中的计算精度和计算效率.     

基于动力系统特性和群理论的一维周期结构瞬态响应的高效算法

基于凝聚技术、周期结构的动力特性和群理论,提出了一种求解一维周期结构瞬态响应的高效数值算法.高效求解线性方程是动力响应求解过程中的关键问题.基于结构的周期特性和凝聚技术,减小结构对应线性方程的规模.利用周期结构动力系统中线性方程的特性,证明了在给定时间步长内,作用在某个单胞的外力只会对临近的有限个单胞产生影响.基于这个性质,一维周期结构动力响应的求解可转换为一系列小规模子结构的响应分析.进一步地,将小规模子结构的动力响应转化为循环周期结构的响应分析,而循环周期结构对应的线性方程可基于群理论高效求解.数值算例表明,该算法计算效率高且节省存储要求.     

基于阻抗函数的土-基础-风机支撑结构地震响应建模方法

利用Chebyshev复多项式在数值拟合中的优越性以及递归函数理论,将风机基础的频域阻抗函数等效为可直接用于结构时域分析的Chebyshev递归集总参数模型.并根据d'Alembert(达朗伯尔)原理和时域逐步积分法,利用模型的递归特性编制了地震作用下求解土-基础-风机支撑结构时程响应的通用程序,通过对比算例验证了程序的有效性和优越性.最后对一个长桩群基础上的风机支撑结构进行了数值计算,研究表明本模型解决了集总参数模型高阶数值震荡的问题,并在求解风机支撑结构地震响应分析中具有稳定性好、通用性强的优点.     

待定系数法的妙用

<正>在求解函数的解析式时,先设出待求函数关系式(其中含有未知的系数),再根据题目中所给的条件列出关于未知系数的方程或方程组,求出未知系数,从而得到函数的关系式的方法,叫做待定系数法.利用待定系数法解决问题常用以下步骤:1.设出所求问题含有待定系数的解析式;2.根据题目中所给的条件,列出一组以待定系数为未知数的方程;     

饱和地基上弹性基础的竖向振动特性研究

采用解析的方法研究了饱和地基上受一简谐竖向荷载作用下弹性基础的动力响应．在分析中,首先利用积分变换技术获得了饱和介质基本控制方程的变换解,然后基于基础-半空间完全放松接触、半空间表面完全透水或不透水的假设,建立了该动力混合边值问题的对偶积分方程,并把该对偶积分方程进一步化为易于数值求解的第二类Fredholm积分方程A·D2文末数值算例给出了动力柔度系数、位移和孔隙水压力随振动频域和土-基础体系物理力学参数特性的变化曲线．结果表明:饱和地基上弹性基础的动力响应完全不同于饱和地基上刚性圆板的动力响应．所用方法可用于研究波的传播、土-结构动力相互作用等许多问题．     

具有动应力和动位移约束的离散变量结构拓扑优化设计方法

讨论了动应力、动位移约束下离散变量结构拓扑优化设计问题.首先给出问题的数学模型,然后用拟静力算法,将结构惯性力极值作为静载荷施加到结构上,求得结构的动位移和动内力,将考虑动应力约束和动位移约束的离散变量结构拓扑设计问题化为静应力和静位移约束的优化问题,然后利用两类变量统一考虑的离散变量结构拓扑优化设计的综合算法进行求解.     

湍流边界层作用下薄板随机振动声辐射的辛方法

基于辛对偶体系,研究了湍流边界层作用下薄板随机振动的声辐射问题.首先对湍流边界层的互功率谱密度函数进行Fourier级数展开,从而可将随机场激励下结构随机声辐射问题转化为在空间和时间简谐压力作用下结构确定性响应的求解;然后将薄板的运动方程导入辛对偶体系,并采用分离变量法得到辛本征问题;最后采用辛本征向量对待求的响应向量和作用力向量进行展开,即可得到解耦后的方程,由此降低了方程的求解难度,并可得到问题的辛解析解.由于该文方法在辛对偶体系下进行求解,相比模态叠加法,避免了模态截断问题,在精度上具有较大优势.算例部分首先考虑空间和时间简谐压力作用的情况,通过与模态叠加法结果的对比,验证了该文方法的有效性.随后采用该文方法求解了湍流边界层作用下随机声场的声压功率谱密度函数的声压级,讨论了因Fourier级数截断而产生的收敛性问题,并研究了薄板随机振动辐射声场的指向性.     

陀螺系统随机振动分析的辛本征展开方法

探讨了受随机载荷作用下陀螺阻尼系统随机动力响应问题.虚拟激励法作为随机振动分析的一种高效、精确方法已经广泛应用于结构抗震、抗风等工程领域.在以单类物理变量描述的Lagrange(拉格朗日)体系框架下,振型分解方法已被有效应用于上述随机振动问题的模型自由度缩减.然而,对于陀螺系统的随机振动问题,由于陀螺效应的存在,基于Rayleigh商本征值的振型分解方法受到很大限制.对此,首先给出了陀螺系统辛本征值问题的一般形式.然后对于受平稳随机载荷激励的陀螺系统(无阻尼或有阻尼)引入虚拟激励法,基于辛本征空间展开推导了系统随机振动响应功率谱的求解列式;对于仅考虑陀螺效应的保守系统(无阻尼),该求解列式可以表述为一个显式表达式.在数值算例中,应用该文提出的方法分析了平稳随机载荷作用下一类阻尼陀螺系统的随机振动响应问题,通过与其它方法进行对比,验证了该方法的精确性和有效性.     

Spectral representation of intrinsically stationary fields

Transferring the concept of processes with weakly stationary increments to arbitrary locally compact Abelian groups two closely related notions arise: while intrinsically stationary random fields can be seen as a direct analog of intrinsic random functions of order k$k$ applied by G. Matheron in geostatistics, stationarizable random fields arise as a natural analog of definitizable functions in harmonic analysis. We concentrate on intrinsically stationary random fields related to finite-dimensional, translation-invariant function spaces, establish an orthogonal decomposition of random fields of this type, and present spectral representations for intrinsically stationary as well as stationarizable random fields using orthogonal vector measures.     

Stochastic chaos in a Duffing oscillator and its control

Stochastic chaos discussed here means a kind of chaotic responses in a Duffing oscillator with bounded random parameters under harmonic excitations. A system with random parameters is usually called a stochastic system. The modifier ‘stochastic’ here implies dependent on some random parameter. As the system itself is stochastic, so is the response, even under harmonic excitations alone. In this paper stochastic chaos and its control are verified by the top Lyapunov exponent of the system. A non-feedback control strategy is adopted here by adding an adjustable noisy phase to the harmonic excitation, so that the control can be realized by adjusting the noise level. It is found that by this control strategy stochastic chaos can be tamed down to the small neighborhood of a periodic trajectory or an equilibrium state. In the analysis the stochastic Duffing oscillator is first transformed into an equivalent deterministic nonlinear system by the Gegenbauer polynomial approximation, so that the problem of controlling stochastic chaos can be reduced into the problem of controlling deterministic chaos in the equivalent system. Then the top Lyapunov exponent of the equivalent system is obtained by Wolf’s method to examine the chaotic behavior of the response. Numerical simulations show that the random phase control strategy is an effective way to control stochastic chaos.     

On induced fuzzy topological spaces

Comparison of the Adomian decomposition method and regular perturbation techniques applied to the solution of nonlinear vector random differential equations shows that the decomposition method is superior and generally applicable. Even for the cases where perturbation is applicable, the comparison shows that the decomposition method is easier to compute and supplies quantitatively reliable results.     

A comparison between Adomian's decomposition methods and perturbation techniques for nonlinear random differential equations

Comparison of the Adomian decomposition method and regular perturbation techniques applied to the solution of nonlinear vector random differential equations shows that the decomposition method is superior and generally applicable. Even for the cases where perturbation is applicable, the comparison shows that the decomposition method is easier to compute and supplies quantitatively reliable results.     

结构振动特性在线识别的理论模型和计算方法

环境自然激励作用下的大型结构动力特性在线识别方法受到广泛的关注,这个方法仅仅利用结构自然响应的被测试数据,识别结构动力特性．Ibrahim方法和ARMAV方法是基本的识别方法．该文研究了受随机激励作用动力学模型,给出了有别于传统谐波恢复的子空间分解识别方法．数值仿真结果表明,该方法对结构振动特性的识别具有较好的鲁棒性和较高的计算精度．     

基于Curvelet域高斯尺度混合模型的地震信号降噪方法

结合曲波变换和高斯尺度混合模型提出地震信号随机噪声压制方法.该方法首先运用曲波变换对含有随机噪声的地震信号进行分解,然后对各小波子带系数分别建立高斯尺度混合模型估计出原始地震信号所对应的小波系数,最后经曲波逆变换重构获得降噪处理后的地震信号.仿真地震信号和实际地震信号的实验结果均表明本文方法能够有效压制地震信号中的随机噪声干扰,较多地保留了有效信号.     

Sensitivity and Hessian matrix analysis of power spectral density functions for uniformly modulated evolutionary random seismic responses

This paper describes a numerical method for calculation of the sensitivity and Hessian matrix of the response PSD functions of structures subjected to uniformly modulated evolutionary random seismic excitation. The method is formulated based on the pseudo excitation method and Newmark method. The evolutionary non-stationary random response analysis is converted into step-by-step integration computations using the pseudo excitation method. The formulas of the pseudo responses, their first and second derivatives with respect to the structural design variables are derived based on the Newmark method. The PSD functions, their sensitivity and Hessian matrix are calculated using the pseudo responses, their first and second derivatives, respectively. Then the computation procedure of sensitivity and Hessian matrix of PSD functions is given in detail. Finally, the PSD functions’ sensitivity and Hessian matrix analysis of a three-story, two-bay planar frame subjected to the uniformly modulated evolutionary random earthquake ground motion has been studied to elucidate the proposed method.