海洋平台水动力系数识别及精度分析

论文利用新动态模型减缩方法对海洋平台结构进行自由度减缩,利用简化后的模型对水动力系数进行反演,改善了反演模型中解的不确定性,并对载荷反演中的病态问题进行了探讨,同时给出了反演结果的评估方法,为反演中测量数据的获取提供了依据,提高了反演结果的可靠性.     

面载荷识别的TSVD正则化方法

线性系统的响应可以表示为单位脉冲响应函数与动态载荷的卷积分,经离散后得到载荷识别反问题。引入TSVD正则化方法处理反问题的不适定性,对不同噪声的实测响应进行了面载荷的反演求解,并对识别精度做出了分析。算例表明,TSVD正则化方法对响应误差的适应性强,识别精度高。     

多工况结构拓扑优化的灰色权重折衷规划模型法

针对多工况结构拓扑优化问题中的载荷病态现象,基于RAMP (Rational Approximation of Material Properties)拓扑优化模型,提出应用灰色理论确定工况权重系数,并将应变能目标函数归一化的折衷规划模型法．通过专家评价方法获得工况权重系数的灰色区间,结合灰色理论计算工况权重系数灰色区间的精确值,并采用导重法推导出多工况结构拓扑优化问题的求解迭代表达式．通过定义载荷比描述载荷病态的程度,对多工况结构拓扑优化典型算例在不同载荷比及不同工况权重系数下进行结构拓扑优化分析．优化结果表明,灰色权重折衷规划模型及求解方法对多工况结构拓扑优化问题具有高效、稳定的特点,能够克服载荷病态问题,并通过大跨度甲板强横梁的结构拓扑优化设计证明本文设计方法的有效性．     

一种基于比例反馈控制原理的动载荷时域反演方法

通过借鉴系统控制论中的比例反馈控制原理,提出了一种新的结构动载荷时域反演方法.该方法在原开环系统的输出与结构模型之间连接一个虚拟的比例反馈增益,使得原来的开环系统成为一个虚拟的闭环反馈控制系统,系统控制信号为实测的结构加速度响应.反馈控制器将系统输出与控制信号之闻的差值进行放大后作为反馈不断输入到结构模型中,直到差值趋于稳定,此时该差值与反馈增益的乘积经过高通滤波后即得到所反演的动态载荷.该方法将载荷反演问题的求解转化为正问题中的结构瞬态响应求解,采用一般的数值解法如New-mark法即可实现,因此计算比较简便迅速.该方法仅需要测量结构的加速度响应即可进行反演,便于实际应用,而且并不十分依赖于真实的初始条件,由于不存在误差累积的现象,反演结果具有较好的稳定性.最后,通过海洋平台结构冰载荷反演的模型实验和数值仿真证明了该方法的有效性.     

不确定性移动载荷激励下弹性简支梁的动态响应边界分析及应用

不确定性移动载荷激励下的弹性梁振动是土木、机械和航空航天等工程领域普遍存在的一类重要问题。在许多实际工程中,不确定移动载荷的样本测试数据有限或测试成本较高,本文引入区间过程模型对此类动态不确定性参数进行描述,提出了一种求解不确定移动载荷激励下弹性梁振动响应边界的非随机振动分析方法。首先,介绍了确定性移动载荷激励下弹性梁的振动微分方程及其解析求解方法;其次,引入区间过程模型,以上下边界函数的形式对不确定性移动载荷进行度量,进而基于模态叠加法发展出弹性梁振动响应边界求解的非随机振动分析方法;最后,将上述非随机振动分析方法应用于车桥耦合振动问题。     

刚性球体三维高速垂直自由入水载荷

入水结构体在从空中弹道转入水下弹道的入水阶段，其周围的流体将呈现出强非线性性质，本文针对传统基于Wagner理论的结构体入水载荷计算模型不能很好描述流体三维流动的情况，基于无黏不可压流体流动模型，考虑流体弹性，采用微元边界运动等效方法对运动边界进行分段分析，计及入水过程中系统的动能损失，根据能量守恒，对刚性球体高速垂直自由入水过程中流体的三维流动进行了理论分析，建立了基于无黏不可压弹性流体的刚性球体垂直高速入水载荷计算模型，并与基于多介质任意拉格朗日欧拉方法的有限元模型进行了对比分析，验证了该方法的可行性。基于此模型，本文进一步分析了入水载荷的影响因素。该方法提供了一种计算结构体垂直高速入水载荷的思路，具有一定的理论意义和工程应用价值。     

双材料自由边界面端部问题的数值分析

对各向异性双材料自由边界面端部奇异性场问题进行了研究,利用有限元分析法所得到的各向异性双材料自由边界面端部的应力奇异性指数以及角分布函数,构造了一个自由边界面端部单元,据此建立了自由边界面端部奇异性场的杂交应力模型,并结合Hellinger-Reissner变分原理导出应力杂交元方程,建立了求解平面各向异性材料裂纹尖端问题的杂交元计算模型.与四节点单元相结合,提出一种求解自由边界面端部广义应力强度因子的杂交元法.考核例结果表明:本文方法的数值解精度高,可应用于各向异性材料双材料自由边界面端部问题.     

基于动态光弹性方法的冲击载荷作用下自由边界主应力研究

当物体在冲击载荷作用下,物体内部会产生应力波,研究应力波的传播过程及规律对研究物体受冲击载荷作用具有重大的意义.应力波在物体内传播时,在自由边界处产生的主应力状态对于理论求解和计算有着重要意义.采用动态光弹性方法,结合新型动光弹系统及相关实验设备采集物体在冲击载荷作用下的等倾线和等差线条纹图,通过分析等倾线的条纹,得出等倾线与自由边界相交所成角度不为0°或909,得出在物体自由边界处两个主应力均存在且不为零的结论.针对上述结果,采用电测方法进行验证,两试验结果相符合,方案可行且准确.     

用同伦方法反演非饱和土中溶质迁移参数

非饱和土中溶质迁移参数反演问题可以归结为非线性算子方程的求解问题. 将同伦方法 引入该问题的求解，通过构造线性同伦将原问题转化为求解同伦函数最小值的无约束优化问 题. 同时在分析了同伦参数正则化效应的基础上，提出一种两段同伦参数修正方法. 即在求 解的初始阶段，根据拟Sigmoid函数调整同伦参数，以追踪同伦路径，保证计算稳定地进行； 在迭代的后期，采用与残差相关的同伦参数修正方法，以抵抗观测噪声对求解的影响. 数值 算例为求解带有平衡及非平衡吸附效应的一维非饱和土中溶质迁移模型参数反演问题，计算 结果表明了该方法的大范围收敛性及较强的抵抗观测噪声的能力.     

四角点支承四边自由矩形薄板屈曲问题的新解析解

角点支承矩形薄板的屈曲问题是板壳力学的一类重要课题，控制方程和边界条件的复杂性导致寻求该类问题的解析解十分困难。虽然各类近似/数值方法可用于解决此类难题，但作为基准的精确解析解在公开文献中鲜有报道。本文基于近年来提出的辛叠加方法，解析求解了四角点支承四边自由矩形薄板的屈曲问题。首先将问题拆分为两个子问题，接着利用分离变量与辛本征展开推导出子问题的解析解，最后通过叠加获得原问题的解。由于求解过程从基本控制方程出发，逐步严格推导，无需假定解的形式，因此本文解法是一种理性的解析方法。数值算例给出了不同长宽比和不同面内载荷比情况下，四角点支承四边自由矩形薄板的屈曲载荷和典型屈曲模态，并经有限元方法验证，确认了解析解的正确性。     

The inverse identification problem and its technical application

This paper presents an overview of a loading force identification technique. Load identification methods are based on the solution of the inverse identification problem. Many different approaches for linear systems have been developed in this area. For both linear and nonlinear systems, methods based on the minimization of assumed objective functions are formulated. The least square error between the simulated and measured system responses is mainly used as the objective function. The dynamic programming optimization method formulated by Bellman is commonly used for the minimization of the objective function to estimate the excitation forces. The inverse identification problem in most practical cases is ill-posed because not all the state variables or initial conditions are known. Ill-posed inverse identification problems can be solved using several techniques, the most useful of which are: the generalized cross-validation method, the dynamic programming technique and Tikhonov’s method. This article presents the theoretical background and main limits to the application of inverse identification methods. Numerical and experimental tests on a laboratory rig were made to verify the formulated procedures. The method is applied to the identification of wheel–rail contact forces during rail vehicle operation. The method can be applied for indirect measurements of contact forces in railway equipment testing.     

基于荷载形函数的大跨桥梁结构移动荷载识别

大跨桥梁结构中的移动荷载识别是结构健康监测的重要组成部分之一,其作为动力学中的反问题,存在唯一性及稳定性等病态问题。本文首先推导出移动荷载作用下结构响应的卷积形式的离散公式,然后利用有限元理论中的形函数拟合移动荷载,推导出基于荷载形函数的移动荷载识别表达式。将移动荷载的识别转化为荷载形函数拟合系数的识别,降低了需要识别的未知量,减小了逆运算的计算量,消除或减弱逆问题病态性,并提高了计算效率。利用某大跨刚构-连续预应力混凝土桥梁修正后的有限元模型进行数值仿真,考虑路面粗糙度,由模态叠加法计算移动荷载作用下的响应;然后采用荷载形函数方法识别移动荷载,证明该方法在5%以下的噪声时能快速并精确识别复杂桥梁结构的移动荷载。     

平稳随机振动荷载识别的逆虚拟激励法（二）

本文将逆虚拟激励法（ＩＰＥＭ）用于求解平稳随机振动的荷载谱识别问题，已知部分结构应变（或部分应变及部分位移）响应的自谱与互谱，反求多点激励间的自谱与互谱。     

Homotopy solution of the inverse generalized eigenvalue problems in structural dynamics

The structural dynamics problems, such as structural design, parameter identification and model correction, are considered as a kind of the inverse generalized eigenvalue problems mathematically. The inverse eigenvalue problems are nonlinear. In general, they could be transformed into nonlinear equations to solve. The structural dynamics inverse problems were treated as quasi multiplicative inverse eigenalue problems which were solved by homotopy method for nonlinear equations. This method had no requirements for initial value essentially because of the homotopy path to solution. Numerical examples were presented to illustrate the homotopy method.     

Non-linear least-squares solution to the moiré hole method problem in orthotropic materials. Part II: Material elastic constants

This is the second of two papers dealing with inverse problems arising from the hole method problem in orthotropic materials. Two inverse problems are of interest in this second paper: one relates to the use of the hole method as a means of separation of stresses; the other deals with using it for orthotropic material elastic constant identification. The problem of separation of stresses is posed and briefly discussed, but the orthotropic material identification problem is addressed, fully showing how to obtain the five orthotropic elastic constants, four of which are independent, when knowing the applied stresses and examining the isothetics or moiré fringes around a through hole in a biaxially loaded thin wood plate.     

渗流问题单参数摄动随机反演方法

在正演随机模拟方法的基础上,结合Taylor展开式和随机变量的摄动方程,讨论了随机参数反演问题,提出了摄动随机反演方法,给出了一阶均值反演准则和二阶均值反演准则,提出了单随机变量的均值和方差的表示方法,计算均值时采用改进的遗传算法,计算方差时采用统计的方法。给出了一个Thies模型反演导水系数的例子,计算表明该方法简单实用,效果良好。     

Non-linear least-squares solution to the moiré hole method problem in orthotropic materials. Part 1: Residual stresses

The hole method problem relates to two inverse problems of interest: the first, most commonly addressed by practitioners, is to obtain residual stresses; the other, generally neglected, inverse problem can be posed as either a stress separation problem or a material elastic properties identification problem. In both this Paper I and Paper II, we pose and solve this dual hole method problem in an orthotropic plate, using computer generated moiré isothetics, by means of a non-linear least-squares approach. In Paper I we address the residual stress problem. In Paper II we pose the use of moiré isothetics as a means to achieve separation of stresses, but we deal with the determination of the five orthotropic elastic constants, four of which are independent.     

高层建筑风荷载反演研究

本文研究了结构参数未知条件下的高层建筑风荷载反演问题,通过将平均风速的实测特性作为识别计算中的辅助条件,文中提出了一类荷载归一化统计平均方法,结合工程实例,进行了高层建筑风荷载反演分析,结果表明,本文建议方法可以在幅值、时程等方面均给出良好的风荷载反演结果,同时识别得到的结构参数具有良好的精度。从而为高层建筑风荷载研究提供了一条可行途径。