梁式结构受移动荷载作用非平稳随机振动的DQ-PEM方法

针对梁式结构受移动荷载作用的非平稳随机振动问题,提出了一种综合利用微分求积法和虚拟激励法DQ-PEM的新方法。梁式结构受移动荷载作用的振动控制方程为含Dirac函数的偏微分方程,利用微分求积(DQ)-积分求积法(IQ)法将其振动控制方程转化为不含Dirac函数的常微分方程。同时,将表示荷载位置变化的Dirac函数视为移动荷载的非平稳化函数,再结合虚拟激励法的思想,可得梁式结构在确定性荷载作用下的虚拟响应,进而得到其非平稳随机响应。通过工程算例验证了该方法的准确性与有效性,并进一步讨论了不同速度和不同边界条件下梁式结构受移动荷载作用的随机振动问题。     

基于Voronoi结构的无网格局部Petrov-Galerkin方法

基于自然邻结点近似位移函数提出了一种用于求解弹性力学平面问题的无网格局部局部Petrov-Galerkin方法。这种方法在结构求解域Ω内任意布置离散的结点，并且利用需求结点的自然邻结点和Voronoi结构来构造整腐朽 求解的近似位移函数，对于构造好的近似位移函数，在局部Petrov-Galerkin方法建立整体求解的平控制方程，这样平衡方程的积分可在背景三角积分网格的形心上解析计算得到，而采用标准Galerkin方法的自然单元法需要三个数值积分点。该方法能够准确地施加边界条件，得到的系统矩阵是带状稀疏矩阵，对软件用户来说，这它学是一种安全的，真正的无网格方法，所得计算结果表明，该方法的计算精度与有限元四边界单元相当，但计算和形成系统平衡方程的时间比有限元法四边界单元提高了将近一倍，是一种理想的数值求解方法。     

基于Green函数的动态载荷区间识别方法研究

基于位移响应时间序列,提出了对结构动态载荷时间历程进行识别的区间方法.载荷在时域内可用一系列脉冲响应函数来表示,系统的响应是载荷与单位脉冲响应函数(Green函数)的卷积分.采用区间向量定量化不确定但有界的位移响应时间序列,并将Green函数离散,构造区间线性方程组,并利用区间摄动法进行求解,从而得到待识别载荷时间历程...     

海洋平台地震响应的H∞控制

提出了将H_∞控制及平衡降阶法应用于结构主动控制的新方法.该方法首先利用平衡降阶法对结构进行降阶,然后利用降阶模型构造出H_∞控制器和H_∞观测器对结构进行控制;同时结合复模态理论和虚拟激励法,给出了系统分析的有效途径.本文最后以海洋平台地震响应的ATMD主动控制为例,验证了本文方法的有效性.     

基于胡聿贤谱的带支撑广义Maxwell阻尼隔震结构随机响应分析

工程中通过设置支撑将阻尼器和建筑结构连接, 但常为了简化分析, 将支撑的水平刚度看成无穷大, 即不考虑支撑对耗能结构随机地震响应的影响. 实际上, 考虑有限水平刚度的支撑对耗能结构响应的影响更加符合工程实际, 为考虑支撑影响的广义Maxwell耗能隔震结构在胡聿贤谱地震激励下的响应分析, 提出一种求解随机地震响应的简明解析解法. 将带支撑广义Maxwell阻尼器等效本构关系、隔震结构运动方程以及胡聿贤谱滤波方程联合组成非经典阻尼系统, 运用复模态法对该非经典阻尼系统解耦, 通过不同响应模态获得耗能隔震系统系列响应基于白噪声激励的Duhamel积分表达式; 利用Dirac函数的性质, 将系统系列响应协方差简化为无积分运算的表达式, 根据功率谱密度函数与其协方差函数的Wiener-Khinchin关系, 得到耗能隔震系统系列响应功率谱和地面加速度功率谱, 基于随机振动理论中谱矩的定义, 得到耗能隔震系统系列响应0 ~ 2阶谱矩. 算例通过与虚拟激励法对比分析, 验证所提方法在该耗能隔震系统分析的正确性和高效性, 并讨论了不同支撑刚度对阻尼器减震效果的影响.      

一种新的随机减量函数的构造及分析

当外激励为均值为零的平稳随机过程时,系统输出响应的随机减量函数代表了系统的自由衰减振动.但当外激励不是零均值的平稳随机过程时,这种传统的随机减量函数在某些情况下,将不再具有上述性质.为进一步拓宽随机减量函数的应用范围,本文从分析Brown运动的随机过程的表征中得到启发,在传统的随机减量函数的基础上,提出一种新的随机减量函数的构造形式,并对同一系统在相同触发条件下,受不同外激励作用时的传统随机减量函数与新构造的随机减量函数进行了对比.数值计算和实验结果表明,当外激励为零均值的随机过程时,新旧随机减量函数在反映系统自由振荡的效果上基本相同,但在外激励为其他情况下,新构造的随机减量函数在性态和稳定性上明显优于传统随机减量函数.     

响应面法在结构参数灵敏度及可靠性分析中的应用

采用Box-Behnken 矩阵设计方法进行试验设计,并根据设计点的响应,利用最小二乘回归法建立响应面函数. 将响应面函数中参数的梯度信息与其分散程度结合,得到各参数的灵敏度系数,再归一化灵敏度系数得到概率灵敏度;将响应面模型与一次二阶矩法相结合计算结构的可靠度. 针对一个具体算例,分别采用基于响应面法与基于ANSYS 的Monte Carlo 法计算了结构的灵敏度及可靠度值,结果的一致性验证了该方法的有效性.     

基于样本点选择策略的一种改进响应面法

为提高响应面函数在验算点附近的拟合精度,提出了一种基于样本点选择策略的改进响应面法,选取不考虑随机变量耦合项的多项式进行拟合,通过对第二次迭代产生的设计点构造参考点,令样本点或参考点进行线性插值,从而得到下一次迭代所需样本点。该方法不仅能有效利用已有的抽样信息从而减少评估结构系统可靠性所需的计算工作量,还可以使得拟合得到的响应面更好地呈现验算点附近极限状态面的非线性趋势,从而提高失效概率的评估精度。算例表明:该方法在进行隐式或显示极限状态函数下的可靠度计算中,相对传统响应面法均提高了一定的效率和精度,具有一定的工程实际意义。     

哈密顿系统正则变换在时变最优控制中的应用

利用哈密顿系统正则变换和生成函数理论求解线性时变最优控制问题,构造了新的最优控制律形式并提出了控制增益计算的保结构算法. 利用生成函数求解最优控制导出的哈密顿系统两端边值问题,并构造线性时变系统的最优控制律,由第2类生成函数所构造的最优控制律避免了末端时刻出现无穷大反馈增益. 控制系统设计中需求解生成函数满足的时变矩阵微分方程组. 根据生成函数与哈密顿系统状态转移矩阵之间的关系,从正则变换的辛矩阵描述出发,导出了求解这组微分方程组的保结构递推算法.为了保持递推计算中的辛矩阵结构,哈密顿系统状态转移矩阵的计算中利用了Magnus级数.      

随机参数连续体结构的动力学拓扑优化

构造了基于概率的连续体结构动力特性拓扑优化设计数学模型,以结构的形状拓扑信息为设计变量,结构总重量极小化为目标函数,满足结构多阶固有频率约束的可靠性要求为约束条件。利用分布函数法对模型中的可靠性约束进行了等价化处理。采用了渐进结构优化(ESO)的求解策略与方法。通过算例验证了文中所提出的设计模型及求解策略与方法的合理性和有效性。     

一种基于径向基函数的两步法网格变形策略

基于径向基函数(RBF) 的网格变形方法是一种可靠的网格变形技术,对于任意拓扑的网格都能获得高质量的变形网格. 缩减控制点的RBF 网格变形方法可以大幅提高网格变形效率,但也存在变形后物面误差较大、边界层网格交错的问题. 在缩减控制点方法的基础上,提出了一种适合于带有边界层的黏性网格变形的方法,该方法从物面中选择两组控制点,利用其中一组控制点粗略计算变形后网格位置及变形误差,利用第二组控制点与变形误差插值得到更为精确的变形网格. 利用该方法完成带襟翼的NLR 7301 二维构型和带发动机短舱的DLR F6 翼身组合体的网格变形问题,结果表明该方法可以较大幅度降低变形网格的物面误差,并且有效避免边界层网格交错问题.      

基于区域分解的结构动力学系统首次穿越失效

提出了高斯白噪声激励的线性及非线性结构动力学系统的首次穿越失效概率的估计方法. 对于线性结构动力学系统,失效区域被分解为互斥的基本失效域之和,每个基本失效域可用其设计点完全描述,并以正态分布代替卡方分布估计失效概率中的参数. 对于非线性结构动力学系统,基于Rice穿越理论,将非线性方程转化为与之具有相同平均上穿率的线性化方程,然后利用文中方法对等效线性化方程估计首穿失效概率. 最后给出了线性及非线性结构动力学系统的数值例子,并将所提方法与蒙特卡罗法及重要样本法相比较,模拟结果显示了方法的正确性与有效性.     

一种快速稳健的并行多块结构动网格方法

为解决传统网格处理方法不能满足复杂外形在大设计空间内进行优化时对网格质量的要求的问题,提出了一种并行多块动网格方法,该方法基于初始外形的多块结构网格,根据优化过程中个体外形与初始外形拓扑结构相近的特性,利用体样条插值方法来拟合多块结构网格各块顶点的位移,得到几何外形变化后的拓扑结构,再利用无限插值方法并行地移动初始外形多块结构网格的边、面和块内的网格点,进行光顺处理后得到变形后几何外形的空间网格;该方法在保证网格质量的同时,可以极大地提高网格生成效率,本文以某翼身组合体为例结果表明,该方法在大设计空间的复杂外形设计问题中具有很强的实用性。     

瞬态波在层合板中传播的粘弹比拟法

本文发展了粘弹比拟理论,并将之用于求解半无限空间三层复合材料在垂直层合方向传播的瞬态波问题。对于层合板中应力波的传播问题,寻找到了一等效粘弹体,并用一种较好的Laplace变换的数值反演法求得了等效松弛函数和其它一些必要的辅助函数。用特征线法求得了等效粘弹体的应力和速度,进而得到了三层复合材料中心的应力、速度,进一步就得到了层中任意点的应力和速度。对于一个可由精确理论(射线理论)给出计算结果的问题,将粘弹比拟理论的结果和射线理论的结果进行了比较,结果表明,粘弹比拟理论对三层复合材料的瞬态波传播问题是相当成功的。     

Non-smooth predictive control for mechanical transmission systems with backlash-like hysteresis

This paper proposes a non-smooth predictive control approach for mechanical transmission systems described by dynamic models with preceded backlash-like hysteresis. In this type of system, the work platform is driven by a DC motor through a gearbox. The work platform is represented by a linear dynamic sub-model connected in series with a backlash-like hysteresis inherent in gearbox. Here, backlash-like hysteresis is modeled as a non-smooth function with multi-valued mapping. In this case, the conventional model predictive control for such system cannot be implemented directly since the gradients of the control objective function with respect to control variables do not exist at non-smooth points. In order to solve this problem, a non-smooth receding horizon strategy is proposed. Moreover, the stability of predictive control of such non-smooth dynamic systems is analyzed. Finally, a numerical example and a simulation study on a mechanical transmission system are presented for validating the proposed method.     

广义Hamilton(控制)系统的离散梯度积分法

对于广义Hamilton系统及广义Hamilton控制系统，基于能量的Hamilton函数，用离散梯度方法给出了系统保持Hamilton函数特征的数值解法，证明了积分方法可有效地保持Hamilton函数随时间的变化率。通过算例说明了本文方法的有效性。     

A method to carry out shape optimization with a large number of design variables

A new method for shape optimization with relatively large number of design variables is proposed. It is well known that gradient‐based methods converge to a local optimum. As a result, utilization of a richer design space does not necessarily lead to a better design. This is demonstrated via the design of an airfoil for maximum lift for Re = 1000 and α = 4° flow. The airfoil is represented by fourth‐order non‐uniform rational B‐splines, and the control points are used as design variables. Starting with a NACA0012 airfoil, it is found that the optimal airfoil obtained with 13 control points has far superior aerodynamic performance than the ones obtained with 39 and 61 control points. For effective utilization of a richer design space, it is proposed that the number of design variables be increased gradually. The method is demonstrated by designing high lift airfoils for Re = 1000 and 1 × 10⁴. The objective function is the maximization of the time‐averaged lift coefficient for α = 4°. The optimization cycle with 27 control points is initiated with the optimal airfoil obtained with 13 control points. The process is continued with gradual increase in the number of design variables. Beyond a certain number of control points, the optimization leads to a spontaneous appearance of corrugations on the upper surface of the airfoil. The corrugations are responsible for the generation of small vortices that add to the suction on the upper surface of the airfoil and lead to enhanced lift. A stabilized finite element method is used to solve the unsteady flow and adjoint equations. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

The dimension split element-free Galerkin method for three-dimensional potential problems

This paper presents the dimension split element-free Galerkin (DSEFG) method for three-dimensional potential problems, and the corresponding formulae are obtained. The main idea of the DSEFG method is that a three-dimensional potential problem can be transformed into a series of two-dimensional problems. For these two-dimensional problems, the improved moving least-squares (IMLS) approximation is applied to construct the shape function, which uses an orthogonal function system with a weight function as the basis functions. The Galerkin weak form is applied to obtain a discretized system equation, and the penalty method is employed to impose the essential boundary condition. The finite difference method is selected in the splitting direction. For the purposes of demonstration, some selected numerical examples are solved using the DSEFG method. The convergence study and error analysis of the DSEFG method are presented. The numerical examples show that the DSEFG method has greater computational precision and computational efficiency than the IEFG method.     

非线性振动一种稳定的模糊控制方法研究

由于非线性振动系统的非线性本质,在于传统控制理论的线性控制器用于非线性振动控制效果不佳。本文针对非线性振动系统提出了一种模糊自适应滑模控制方案。     

并联结构体系联合验算点确定的渐近方法

联合验算点是并联结构体系可靠度分析中的一个重要概念。应用渐近手段，本文提出确定并联结构体系联合验算点的渐近方法，这种方法将一个复杂的优化问题转化为一个简单的构件可靠度分析问题。计算表明，这种方法收敛稳定，效率高。