建筑结构基于巴斯金风速谱的系列风振响应的简明封闭解

针对巴斯金风速谱激励下的建筑结构顺风向振动响应表达式复杂的问题,提出了一种简明封闭解法.巴斯金随机谱广泛应用于描述脉动风、随机地震动和路面不平顺等各种随机激励,本文基于留数定理给出巴斯金风速功率谱的二次正交式.综合运用复模态法和虚拟激励法获得了建筑结构系列响应(位移、层间位移及其变化率)功率谱的统一形式的二次正交式,并根据谱矩的定义获得了建筑结构系列响应的方差和谱矩及绝对加速度方差的简明封闭解.运用本文方法对一8层建筑结构进行分析,并与传统虚拟激励法进行对比研究,表明本文所得封闭解正确,并可用于验证虚拟激励法在谱矩和方差分析时的精度和效率.由于本文方法含有复模态法,故可用于各类线性结构基于巴斯金谱的随机响应分析和基于动力可靠度及舒适度的动力优化分析.     

基于模态力谱的不同风谱风振效应差异分析

为明确风谱对顺风向风振效应的影响,选择工程常用的Davenport谱与Simiu谱,基于随机振动理论,对一座典型独柱式避雷针的风振效应进行了多种工况的频域计算,并提出采用模态力谱而非直接使用风谱判断风振响应的大小。研究表明:Davenport谱不随高度变化,而Simiu谱随高度变化,难以通过风谱的对比直接确定各自所得风振响应的大小,但模态力谱可综合考虑整个结构表面脉动风场的贡献,对于以单一模态为主的响应,可准确评价不同风谱所得风振响应的大小;在本文各种工况下,Davenport谱所得背景响应基本上略小于Simiu谱结果,但Davenport谱所得前2阶模态力谱在结构对应频率位置的谱值均大于Simiu谱所得模态力谱,故前者所得共振分量和总脉动响应均偏大。     

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.      

球磨机动态载荷谱的研究与测试

球磨机动态载荷谱是对球磨机进行动态设计、故障诊断的主要依据之一。本文对球磨机所受连续分布载荷进行分析简化，推导出载荷与传递函数、响应之间关系表达式。由锤击法测取Φ４００×４００球磨机对应点的传递函数，经转换得球磨机的载荷谱，得到了球磨机动载荷在频域中的能量分布情况。本文对连续分布载荷作用下的载荷谱的识别作了有益的探讨。对球磨机动载荷的研究与测试得出了一些有工程价值的结论。     

冲击响应谱频率特征值法研究

本文以几次地下核爆炸实测波形为例,分析了响应谱的特点,建立了计算响应谱频率特征值的经验公式,介绍了绘制冲击响应谱的频率特征值法。对特定条件下的冲击响应谱可按该法绘制。     

基于P-M谱的波浪荷载数值模拟及其对跨海斜拉桥的冲击响应规律研究

针对深水桥梁在海洋中面对波浪的冲击问题,以某跨海斜拉桥为例,设定P-M谱为目标谱,依据Welch算法对海浪功率谱进行验证,基于以上理论采用fluent软件建立数值波浪水槽,根据重现期为10年、50年和100年分别计算对应的波高为6.4 m,7.2 m和9.6 m的波浪力,并将波浪力导入斜拉桥进行动力响应计算。综合分析大桥的动力响应, 结果表明,(1) 纵桥向波浪力是由横桥向波浪冲击桥墩出现绕射效应而产生,所以斜拉桥所受横桥向波浪力远大于纵桥向波浪力;(2) 随着波高的增大,斜拉桥的动力响应峰值逐渐增大,主跨跨中和塔顶动力响应峰值随波高的增长率最快,次边跨跨中动力响应峰值随波高的增长率次之,边跨跨中动力响应峰值随波高的增长率最慢;(3) 随着波浪荷载的增大,塔顶横向位移响应增幅显著,塔顶位移响应峰值最大达到0.0598 m。相关研究对大跨度深水桥梁的设计和动力分析有一定的参考意义。     

考虑非局部效应的双层纳米板的磁弹性随机振动

研究了四边简支双层纳米板在外加磁场的作用下的磁弹性随机振动问题．基于非局部弹性理论和板壳 磁弹性理论建立了系统的磁弹性随机振动方程．通过模态分析法对其进行位移响应分析，得到了通入平稳随机 电流时双层纳米板位移响应均值、功率谱密度函数等数字特征．在此基础上，分析了非局部参数、磁场强度、 板厚比等对功率谱密度的影响．结果表明，非局部参数、磁场强度、板厚比等因素的变化会影响系统的振动能 量变化及振动响应带宽分布.     

基于疲劳传感器的大型桥梁载荷谱检测研究

提出基于同一倍增器上双疲劳计的桥梁载荷谱检测方法,将疲劳传感器上两个疲劳计以不同方向粘贴得到不同放大系数,由恒幅标定数据和等效原理用插值方法得到复杂加载下疲劳响应计算方法,并根据桥梁载荷谱的瑞利分布特点,得到该分布下的疲劳响应计算方法.采用倍增器的双疲劳计结构设计,利用疲劳计响应的非线性特性,得到疲劳传感器电阻变化与桥梁瑞利载荷谱的对应关系.本文疲劳试验表明,试验载荷谱与预测载荷谱相当吻合,所设计的疲劳传感器性能良好,能够满足桥梁疲劳载荷检测要求.该传感器的检测原理提供了一种新的工程疲劳检测方法,它较目前采用的其它方法效率高、精度好,适用于长期疲劳监测.     

微尺度载流纳米板在磁场中的磁弹性随机振动

研究了四边简支矩形微板在磁场及随机电流作用下的磁弹性随机振动问题。应用非局部弹性理论和板壳磁弹性理论建立外加磁场中载流微板的运动方程，导出了微板的磁弹性随机振动方程；采用模态分析法对其进行了位移响应分析，得到了在通入平稳和非平稳随机电流时微板的随机位移响应的均值、功率谱密度函数等数字特征。针对具体算例，在通入平稳随机电流的情形下，得到了位移响应的功率谱密度函数，并绘出了板中心点的位移响应功率谱密度图。结果表明：耦合项对振动响应带宽有很大的影响，当考虑耦合项时，振动能量主要分布在0～20 Hz带宽范围内，且随着随机电流和磁场强度的增加，振动能量集中分布带宽变窄。根据此性质可以有效地降低振动的发生或减少振动的破坏，对微结构系统的结构检测和故障诊断等问题起到参考作用。     

关于应变响应谱与应变传递函数关系的一个公式

本文在已知力-应变传递函数的基础上,导出了激励力谱,应变响应谱和应变传递函数间的关系.     

海洋核动力平台定位系统多体动力学建模与分析

海洋核动力平台可以为海上油气开发、偏远岛屿和海水淡化等提供稳定的能源供给, 是具有潜力的重要海洋装备. 定位系统作为核动力平台的核心部位, 主要由单点转塔、YOKE刚臂、系泊腿和系泊支架组成, 属于典型的多刚体动力学系统. 对定位系统进行多体动力学分析可以提高核动力平台长期作业的可靠性. 基于多刚体动力学理论, 结合定位系统多铰连接的拓扑结构, 建立了定位系统的多体动力仿真模型; 进而考虑核动力平台作业海洋环境, 通过谱分析与线性叠加原理得到核动力平台在多年重现期下的六自由度运动时程. 以我国首座海洋核动力平台为例, 利用多体动力学模型分别计算了一年一遇、十年一遇和百年一遇海况下定位系统的系泊回复力与连接结构受力行为. 计算结果与准静力学模型、Kane动力学模型进行对比, 给出了定位系统的系泊回复刚度曲线, 并提出了系泊回复力动力放大系数. 研究可为定位系统系泊能力评估和各连接结构受力分析提供参考和借鉴.      

DYNAMICAL ARTIFICIAL BOUNDARY FOR FLUID MEDIUM IN WAVE MOTION PROBLEMS

无限域流体介质的波动辐射效应是影响海域工程动力反应的重要因素,人工边界是实现此类开放系统近场波动问题数值分析的有效方法.基于位移格式的流体波动理论推导开放域流体介质的人工边界,分别给出一维、二维和三维空间中平面波、柱面波和球面波的流体介质动力人工边界条件,其中一维平面波动人工边界为经典的黏性边界,二维柱面波、三维球面波的人工边界处节点应力与节点速度和加速度成正比,可等效为由阻尼与质量系统构成的人工边界条件.讨论相应的数值模拟技术,给出流体介质动力人工边界在ANSYS软件平台的具体实现方法.近场流体介质动力反应问题的算例表明,所发展的流体动力人工边界对于轴对称波动与非轴对称波动在近场有限域截断处的透射吸收作用的模拟计算精度均较为良好,说明此流体介质人工边界具有较高的可靠性与实用性.所发展的流体介质动力人工边界可较为方便地与大型商用有限元软件结合,可为包括海域地形和海岛在内的海域工程的动力分析提供一定的方法借鉴.     

GPU-BASED DISCRETE ELEMENT MODELLING OF INTERACTION BETWEEN SEA ICE AND JACK-UP PLATFORM STRUCTURE

在海冰与自升式海洋平台结构的相互作用过程中,冰载荷是影响平台结构振动响应和疲劳寿命的重要因素. 采用具有粘接-破碎效应的离散元模型,可对海冰与自升式海洋平台结构作用中的海冰破碎特征及相应冰载荷进行数值分析. 针对自升式海洋平台的多桩腿结构特性及其冰载荷离散元分析的大规模计算需求,建立了基于GPU 的并行算法并开发了相应的计算程序. 为实现离散元分析的高效计算,采用网格排序方法创建单元邻居列表,以快速确定海冰单元间及其与平台结构间的接触模式和作用力. 此外,还发展了球体单元与圆柱形结构在不同接触形式下的计算模型. 为检验该离散元模型的有效性,对渤海锥体海洋平台结构的作用过程进行了计算,并与现场实测冰力数据进行了对比验证. 在此基础上对多桩腿自升式平台结构的冰载荷进行了离散元分析,获得了海冰的破坏特性,确定了不同桩腿上的冰力时程. 该模型可进一步应用于不同类型海洋结构的冰载荷分析,为冰区海洋平台的结构设计和现役平台结构的疲劳分析提供参考依据.     

Characterizing JONSWAP rogue waves and their statistics via inverse spectral data

Rogue waves in random sea states modeled by the JONSWAP power spectrum are high amplitude waves arising over non-uniform backgrounds that cannot be viewed as small amplitude modulations of Stokes waves. In the context of Nonlinear Schrödinger (NLS) models for waves in deep water, this poses the challenge of identifying appropriate analytical solutions for JONSWAP rogue waves, investigating possible mechanisms for their formation, and examining the validity of the NLS models in these more realistic settings. In this work we investigate JONSWAP rogue waves using the inverse spectral theory of the periodic NLS equation for moderate values of the period. For typical JONSWAP initial data, numerical experiments show that the developing sea state is well approximated by the first few dominant modes of the nonlinear spectrum and can be described in terms of a 2- or 3-phase periodic NLS solution. As for the case of uniform backgrounds, proximity to instabilities of the underlying 2-phase solution appears to be the main predictor of rogue wave occurrence, suggesting that the modulational instability of 2-phase solutions of the NLS is a main mechanism for rogue wave formation and that heteroclinic orbits of unstable 2-phase solutions are plausible models of JONSWAP rogue waves. To support this claim, we correlate the maximum wave strength as well as the higher statistical moments with elements of the nonlinear spectrum. The result is a diagnostic tool widely applicable to both model or field data for predicting the likelihood of rogue waves. Finally, we examine the validity of NLS models for JONSWAP data, and show that NLS solutions with JONSWAP initial data are described by non-Gaussian statistics, in agreement with the TOPEX field studies of sea surface height variability.     

海冰与自升式海洋平台相互作用GPU离散元模拟

在海冰与自升式海洋平台结构的相互作用过程中,冰载荷是影响平台结构振动响应和疲劳寿命的重要因素. 采用具有粘接-破碎效应的离散元模型,可对海冰与自升式海洋平台结构作用中的海冰破碎特征及相应冰载荷进行数值分析. 针对自升式海洋平台的多桩腿结构特性及其冰载荷离散元分析的大规模计算需求,建立了基于GPU 的并行算法并开发了相应的计算程序. 为实现离散元分析的高效计算,采用网格排序方法创建单元邻居列表,以快速确定海冰单元间及其与平台结构间的接触模式和作用力. 此外,还发展了球体单元与圆柱形结构在不同接触形式下的计算模型. 为检验该离散元模型的有效性,对渤海锥体海洋平台结构的作用过程进行了计算,并与现场实测冰力数据进行了对比验证. 在此基础上对多桩腿自升式平台结构的冰载荷进行了离散元分析,获得了海冰的破坏特性,确定了不同桩腿上的冰力时程. 该模型可进一步应用于不同类型海洋结构的冰载荷分析,为冰区海洋平台的结构设计和现役平台结构的疲劳分析提供参考依据.      

煤矿建井中模糊光面爆破切割

运用模糊优选理论，对淮南矿务局谢桥煤矿建井施工中的原井架基础光面切割爆破方案进行快速量化确定，实施中证明模糊光爆切割技术是可行的。     

浮动冲击平台横向冲击谱受外形结构的影响

基于ABAQUS软件中的声固耦合法，采用设备、平台一体化分析方法，展开对中型浮动冲击平台的研究，探讨平台外形结构形式对平台冲击环境的影响，并提出了提高平台横向冲击谱谱值的设计方案。首先对外形结构进行初步设计，分析其对平台冲击谱的影响，并找到决定影响程度的关键因素。然后针对结构进行优化，使其更大幅度的提高平台冲击谱谱值。计算表明:在平台外部下方加装挡板结构不会明显影响平台垂向冲击谱，但可以提高平台横向冲击谱；舷侧底端向下延伸加装竖直挡板由于受到冲击波绕射和阻力的影响，增加横向谱值的效果不是很明显；平台底部流线型挡板可以有效增加平台对爆炸载荷的接收效果，同时可以尽量减小阻力影响，从而明显提高平台横向冲击谱谱值。     

PROCEDURE FOR COMPUTING THE POSSIBILITY AND FUZZY PROBABILITY OF FAILURE OF STRUCTURES

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＴｈｅｉｎｉｔｉａｔｉｏｎｏｆｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｗａｓｄｕｅｔｏｔｈｅｅｘｉｓｔｅｎｃｅｏｆｌａｒｇｅａｍｏｕｎｔｏｆｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｉｅｓｉｎｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ .Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓｉｎｔｈｅｐｒｏｄｕｃｅｄｃａｕｓｅａｎｄｐｈｙｓｉｃａｌｍｅａｎｉｎｇ,ｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｉｅｓｍａｙｂｅｄｉｖｉｄｅｄｇｅｎｅｒａｌｌｙｉｎｔｏｔｈｒｅｅｔｙｐｅｓ:ｒａｎｄｏｍｎｅｓｓ,ｆｕｚｚｉｎｅｓｓａｎｄｕｎａｓｃｅｒ…     

Aerodynamic forces acting on an albatross flying above sea-waves

IntroductionIt was observed long time ago that the large sea bird such as albatross has excellent flightskills.The albatross can keep its soaring for a long time even in rough sea without flappingwings.This problemwas discussed byWood C.J.[1].He supposed …     

Surface characters of internal waves generated by Rankine ovoid

A linear theory on the internal waves generated in the stratified fluid with a pycnocline is presented in this paper. The internal wave fields such as the velocity fields in the stratified fluid and velocity gradient fields at the free surface are also investigated by means of the theoretical and numerical method. From the numerical results, it is shown that the internal wave generated by horizontally moving Rankine ovoid is a sort of trapped wave which propagates in a wave guide, and its waveform is a kind of Mach front-type internal wave in the pycnocline. Influence of the internal wave on the flow fields at the free surface is represented by the velocity gradient fields resulted from the internal waves generated by motion of the Rankine ovoid. At the same time, it is also shown that under the hypothesis of inviscid fluid, the synchronism between the surface velocity gradient fields at the free surface and the internal wave fields in the fluid is retained. This theory opens a possibility to study further the modulated spectrum of the Bragg waves at the free surface.The project supported by the National Natural Science Foundation of China (40576010). The English text was polished by Keren Wang.