平台结构在冰激励下的平移和扭转耦合共振

用多尺度方法对冰、桩土与海洋平台系统的偏微分非线性动力学模型（见第１部分）进行了摄动分析，发现此系统存在多种组合共振现象，其固有振动频率与模型平台实测结果相符。在主参数内共振条件下，文章讨论了在不同振在型（自激、锁定、强迫）下它的非线性动力学特性，计算结果说明在某冰速范围内模型平台将产生跳跃性的剧烈振动，这与现场观察到的冰激平台共振的现象一致，本文解释了冰激振动的机理，因此为海洋平台结构系统的非线     

结构振动的非线性控制及其试验研究

本文分析了结构振动控制系统的特点，提出了一种结构振动的非线性离散控制方案，该方案仅利用受控结构的输出信号，实现容易，对结构参数变化具有一定的鲁棒性，本文还建立了一套具有浮点运算功能的结构振动计算机控制装置，并就某受控结进行了试验，试验表明，该非线性控制方案是可行的，理论结果与试验结果具有良好的一致性。     

具有非线性复刚度的复阻尼振动系统的摄动解

本文首次用摄动法获得了具有非线性复刚度的复阻尼振动系统的自由振动和强迫振动的解，并对这类问题作出了较为详尽的讨论，计算结果与试验结果几乎一致。     

结构非线性振动智能控制试验与分析

在结构动力学与控制领域中,试验验证对于理论与数值研究是非常重要的. 但是,目前的模型试验大部分都只考虑结构的线性行为,所以考虑结构非线性振动的试验模型成为一个研究热点. 采用磁流变旋转阻尼器来模拟结构中的塑性铰,并通过调整输入到此旋转阻尼器中的电压来实现不同的非线性行为,然后在不同的非线性行为下验证了动态神经网络观测器和自适应模糊滑模控制算法的有效性. 试验结果表明建立的结构非线性试验模型可以在试验完成后不需要任何代价而恢复到初始状态,并且能够实现不同的非线性行为,同时采用的智能控制算法对结构非线性振动也有较好的控制作用.      

转子—非线性支承系统振动响应的优化计算

本文用一种新的优化方案计算装有非线性弹性支承－挤压油膜阻尼器的转子系统的振动响应。首先根据转子系统的结构特点，建立其无量纲形式的非线性运动微分方程；然后由微分方程构造－控制目标函数，最后对此目标函数进行优化计算，求得转子系统的振动响应。     

冰激结构频率锁定振动的发生机理及简单分析方法

冰激结构频率锁定振动是冰区海洋工程结构的危险工况.对频率锁定振动过程的传统机理解释没有体现这一过程的全部物理特征,导致现有的分析方法无法准确分析这一问题.本文基于对现场测量结果的分析,提出了一种海冰韧性损伤-破碎过程与结构振动耦合导致频率锁定振动的机理.该机理认为,海冰在直立结构频率锁定振动过程中发生韧性损伤-破碎行为,海冰的韧性损伤-破碎与结构运动相位耦合,导致了频率锁定振动. 海冰对结构作用产生的载荷为锯齿形,作用过程可以分为加载和卸载两个阶段,其中加载阶段时间长度约为卸载阶段3倍以上.在加载阶段,结构从平衡位置先与海冰运动方向相反振动到反向最大振幅位置后回摆,然后与海冰同向运动到正向最大振幅位置,这段过程中海冰与结构接触部位内部产生裂纹并扩展但未发生主要的破碎,在此阶段海冰发生韧性损伤;在卸载阶段,结构从最大振幅位置向平衡位置回摆,结构与海冰运动方向相反,这一过程中应变速率的突然增大导致裂纹加速扩展并失稳开裂,此时带有韧性损伤的海冰发生破碎.基于这一新的机理解释,本文提出了一种冰激结构频率锁定振动幅值的简单分析方法.该方法认为海冰破碎长度是频率锁定振动的关键参数. 理想状态下,海冰破碎长度约为结构水线处振动幅值的2.2倍.当冰速接近海冰破碎长度与结构自振周期的比值时,结构会发生频率锁定振动.该方法对评估海洋工程结构频率锁定振动的发生概率及疲劳损伤具有指导意义.      

混凝土框架结构随机模拟分析研究

本文在双层双跨框架钢筋混凝土结构低周反复荷载下的试验研究的基础上，编制了有限元非线性分析程序。首先利用结构的均值参数对结构进行了确定性的计算分析，分析结果与试验结果的对比表明程序具有相当的正确性。然后在此基础上，利用结构随机模拟的思想，采用分层抽样和两重随机模拟技术对结构进行了最优模拟结果的计算分析。计算结果表明：虽然结构参数只有较小的变异，但最优模拟结果如结构的内力反应与均值参数模拟结果将会出现较大的变异。这一结果说明：结构的非线性力学性能及损伤演化与结构物理参数的变异性存在显著关联。总体强度及刚度分布相似的结构，由于物理参数分布的随机性差异，会导致结构非线性内力分布产生显著变化。     

基于离散元-有限元模型的冰激锥体海洋平台结构振动分析

冰荷载是影响海洋平台结构及其上部设备作业安全的重要因素。针对海洋平台与海冰相互作用的动力过程,采用具有粘接-破碎性能的离散元方法(DEM)对海冰的破碎特性进行分析,采用有限元方法(FEM)对海洋平台结构的动力响应进行计算;同时考虑海冰与海洋平台结构的耦合作用,将海冰的离散元方法与海洋平台结构的有限元方法相结合,建立了冰激海洋平台结构振动的DEM-FEM模型,并由此计算海冰作用下海洋平台结构的振动响应以及冰荷载特性。     

计算非线性振动系统高阶渐近解的Normal Form方法

利用非线性振动理论，计算非一笥振动系统的高阶渐近解，从理论上讲无任何障碍，但由于计算工作需要进行积分等十分繁琐冗长的运算，使得人们只能非线性振动系统的一阶和二阶近似，而为了研究在退化情况下，非线性动力系统的复杂动力学行为、分岔特性，必须计算该系统的高阶近似解，本文给出了一种Ｎｏｒｍａｌ Ｆｏｒｍ方法计算高阶渐近解的实用方法，利用这种方法可非常方便地计算出非线性振动系统的七阶近似解。     

结构振动计算机控制的试验研究

本文讨论了结构振动计算机控制系统的组成，建立了一套结构振动计算控制系统，用汇编语言编制了数据采集软件与控制软件，并就某受控结构的振动控制进行了试验研究。试验表明。该控制系统运行可靠，结构减振效果显著。     

基于DEM-FEM耦合方法的海上风机结构冰激振动分析

冰载荷是海上风机在寒区安全运行的重要影响因素之一,由其引发的冰激振动给风机结构带来了严重的危害. 本文通过离散元(discrete element method, DEM)-有限元(finiteelement method, FEM)耦合方法建立了寒区单桩式风机结构的 冰激振动模型.采用具有粘结-破碎性能的球体离散单元描述平整海冰损伤破坏行为,采用梁单元和三角形平板壳单元构造带有抗冰锥体的单桩式风机有限元模型.采用DEM-FEM耦合方法模拟不同冰速、冰厚条件下单桩式风机与平整冰相互作用过程,并且与IEC规范和ISO标准经验公式对比验证该耦合模型计算冰载荷的准确性.对比风机塔筒顶端和基础顶端的位移和加速度响 应时程,定性地给出风机结构不同部位振动响应行为差异性.风机不同部位动力特性差异原因为风机结构独特结构特点:下部为大刚度桩基和上部为高柔度塔筒,使其动力特征表现为主从式结构特性. “主-从式结构”特征使得结构在复杂的冰载荷作用下,风机塔筒(子结构)和桩基(主结构)表现为不同的响应行为,风机不同部位振动周期和加速度谱两者出现差异. 本文研究成果为海上风机抗冰设计和疲劳分析提供了有益参考.      

谐波激励下斜拉桥面内非线性振动试验研究

斜拉桥拉索的振动问题一直是桥梁工程领域的研究热点。为揭示拉索大幅振动的力学机理，课题组建立了斜拉桥的全桥精细化模型，本文测试和研究了单频激励下的斜拉桥可能的非线性振动行为。首先，通过自由振动试验测试了模型的模态参数，并与两类有限元模型（OECS模型和MECS模型）进行对比，结果吻合良好。其次，试验研究了在单个竖向简谐激励下斜拉桥模型的非线性响应。研究发现：当激励频率与斜拉桥某阶全局模态频率接近时，主梁产生主共振，并引起多根长索产生大幅的参强振动；当激励频率与某根斜拉索面内一阶频率之比为1：2或者2：1时，可以观测到索中产生超谐波和亚谐波共振现象。     

二自由度结构受迫非线性振动响应的数值计算

本文研究了由飞机尾部简化而成的二自由度结构受迫非线性振动,由于对复杂的运动方程不作进一步简化,方程中含有强非线性耦合项,首先采用数字滤波技术对系统受确定性激励的响应进行了计算;然后在数字模拟计算的基础上用嫁接的ITO积分方法对系统受随机白噪音激励的响应进行了计算。结果表明,ITO积分的综合嫁接方法有更高的计算效率,结果并表明系统的非线性耦合部分对响应有重大影响,是不能加以忽略的,本文的研究为多自由度非线性结构的响应计算提供了有用的思想和方法。     

结构振动的滑模变结构半主动控制

研究应用磁流变阻尼器(MRD)对结构振动半主动控制的算法和原理。研制并对磁流变阻尼器进行了阻尼特性实验，采用非线性滞回双粘性模型描述磁流变阻尼器的阻尼特性，模型结果与实验结果非常一致。采用滑模控制算法和趋近律方法设计了半主动控制器。利用滑模控制方法所建立的控制器，本文给出了地震激励下结构振动半主动控制算例。计算分析表明，半主动滑模控制具有控制效果明显、鲁棒性好等优点，是一种非常有发展前途的控制方法。     

谐波平衡法与复平均法计算强非线性系统稳态响应的区别

近些年，很多学者致力于利用非线性增强振动响应减少的效果或者能量采集器的效率。因而非线性系统的响应值需要从理论计算方面更准确地预测。另外，根据学者已取得的研究成就，非线性能量汇(NES)中存在的立方刚度非线性可以将结构中宽频域的振动能量传递至非线性振子部分。文章将一种由NES和压电能量采集器组成的NES-piezo装置与两自由度主结构耦合连接，系统受谐和激励作用。文章采用谐波平衡法和复平均法分别推导了系统稳态响应，参照数值结果，对比两种近似解析方法在求解强非线性系统稳态响应时的异同。计算结果表明，系统体现较弱非线性时，二者计算结果差异很小；当系统体现强非线性时，复平均法不能准确地呈现系统高阶响应，提高阶数的谐波平衡法能更准确地表示系统响应值。基于谐波平衡法和数值算法，讨论NES-piezo装置对于系统宽频域减振的影响。与仅加入非线性能量汇情况对比，结果表明NES-piezo装置不会恶化宽频域减振效果，并且在第一阶共振频率附近，可以稍微提高结构减振效率。另外，计算结果也表明，采用恰当的NES-piezo装置可实现宽频域范围的结构减振和压电能量采集一体化。此项研究工作为研究不同情形强非线性系统的响应提供了理论方法的指导。另外，研究结果也为宽频域范围的结构减振和压电能量采集一体化提供了理论依据。     

分数阶导数阻尼下非线性随机振动结构响应的功率谱密度估计

对于受到由分数阶导数模拟的粘弹性阻尼的非线性随机振动结构,本文给出了一种计算响应的功率谱密度方法。借助标准的随机平均法,首先得到了振动结构随机响应振幅的稳态概率密度。对于原振动结构的非线性项,运用改进的统计线性化方法得到了均方意义下的等价线性振动结构,并求得了其响应的依赖于振幅的条件功率谱密度。综合以上的结果,针对随机振动响应的功率谱密度的估计,通过与数值模拟结果进行验证,从而证明了所提方法的有效性和准确性。     

铝合金舟桥甲板结构极限承载能力模型试验与数值分析

铝合金夹心板结构是现代舟桥甲板常用的结构形式，具有重量低、强度高的优点。本文针对五种铝合金夹心板模型(两种型材断面)进行了静态极限承载能力模型试验，并作了相应的非线性有限元数值模拟。数值计算中考虑了材料非线性和几何非线性效应，有限元模型中还考虑了坦克履带的刚化作用和初始焊接变形的影响。研究表明，铝合金夹心板在横向履带载和轮载的作用下，主要表现为受压面板的屈曲和夹心斜撑板的屈曲。本文的试验和计算结果符合较好，表明了二者的有效性。     

考虑局部非线性结构振动的模型预测控制

针对具有局部非线性的结构振动主动控制问题,首先,利用Newmark-β法推导了局部非线性结构动力响应的时域显式递推表达式。然后,基于该表达式,一方面建立了局部非线性结构振动预测模型,并借鉴模型的线性化思想对非线性环节进行处理,提出考虑局部非线性结构振动的模型预测控制算法;另一方面,在获取各仿真时刻的预测初始状态时,为避免直接对非线性动力学方程所有维度的完全迭代求解,推导了时域显式降维迭代方法,从而使在线计算效率得到显著提高。最后,分别以局部非线性弹簧振子系统在简谐激励作用下的无控动力学分析和含粘滞阻尼器毗邻框架建筑结构在地震激励作用下的受控振动为例,进行数值仿真,结果表明,本文算法计算准确且控制效果较好。     

受非线性支承的板状梁结构流致振动研究

研究了受非线性支承的板状梁结构流致振动问题，采用二维不可压缩粘性流体模型，建立了板状梁的运动微分方程；研究非线性支承情况下的流体流速对振幅的影响，并对计算结果进行了分析，结果表明在非线性支承下板状梁结构在流体动压力作用下存在着复杂的动力学行为，像发生极限环颤振和屈曲等。     

复杂节点冰激疲劳分析的高效谱分析方法

冰激疲劳是威胁渤海湾导管架平台安全的一个重要因素.由于疲劳分析需要考虑所有可能环境工况下的热点应力计算,因而往往是一个复杂而费时的过程,特别对于具有复杂节点的大型结构.本文提出了处理不规则复杂节点的冰激疲劳分析的高效谱分析方法,采用既可以考虑结构整体又可以模拟局部节点细节的混合有限元模型,并结合虚拟激励法来计算热点应力的功率谱密度,在保证精度的前提下大大提高了疲劳分析效率.最后通过一个实际平台的疲劳分析实例表明了方法的可行性和实用性.本文提出的方法也可以应用于受循环载荷作用的其他结构疲劳分析中.