结构参数大修改时的特征值重分析方法

就结构参数发生大修改的情况提出了两种高精度的特征值重分析方法：Ｐａｄｅ　逼近法和推广的Ｋｉｒｓｃｈ混合法．利用这两种方法,计算了一个具有２０２个结点,３５７个梁单元的平面框架的近似特征值．计算结果表明,所提出的方法是结构参数修改时的特征值重分析的有效方法．     

基于小波分析与子结构法的未知风荷载作用下高层剪切结构参数识别方法研究

对于未知风荷载作用下高层剪切结构,通过子结构理论将其余部分对子结构的效应作为外荷载施加给子结构,并建立风荷载作用下的动力方程。应用函数的小波多尺度逼近方法将产生低频响应的风荷载表示为尺度函数的线性组合,根据动力方程构造结构参数和低频小波系数的识别方程。用最小二乘法识别结构参数和低频小波系数,由识别的参数和结构响应计算未知激励。分析结果表明,该方法对结构参数的识别误差在2%以内,有一定的抗噪性。     

复杂链式结构动力分析中的直接迁移子结构方法

本文将频响函数和迁移矩阵引入子结构方法中，提出简单高效的直接迁移子结构方法。当子结构中内部自由度很大时，用这种方法进行链武结构的动力特性分析和求解谐和激励响应时依然能保持很高的计算效率和精度。而且有限元分析或试验得到的各子结构数据相互独立，因此对结构的不同组合进行分析只需改变相应连接条件；当结构有局部修改时也只需修正相应子结构的数据。这些特性对复杂链武结构动力优化和抗震设计问题十分有利。最后的数值算例说明了所提出方法的优越性及其在工程中的实用性。     

DYNAMIC SUBSTRUCTURE METHOD FOR PROPAGATION OF ELASTIC-PLASTIC WAVE INDUCED BY IMPACT

通过建立弹塑性碰撞动态子结构模型,推导了模态坐标下的控制方程,提出了模拟柔性结构碰撞激发弹塑性波传播的动态子结构方法,并对其中的主模态的存在性和主模态截断的收敛性进行了证明.通过对柔性杆纵向碰撞和柔性梁横向碰撞两个算例的计算,并将计算结果与理论解和三维动力有限方法计算结果进行了对比,验证了该方法的数值收敛性和计算碰撞弹塑性波传播的有效性.     

碰撞激发弹塑性波传播的动态子结构方法

通过建立弹塑性碰撞动态子结构模型, 推导了模态坐标下的控制方程,提出了模拟柔性结构碰撞激发弹塑性波传播的动态子结构方法, 并对其中的主模态的存在性和主模态截断的收敛性进行了证明. 通过对柔性杆纵向碰撞和柔性梁横向碰撞两个算例的计算, 并将计算结果与理论解和三维动力有限方法计算结果进行了对比, 验证了该方法的数值收敛性和计算碰撞弹塑性波传播的有效性.      

多级子结构和结构的局部分析

本文引深和发展了多级子结构分析方法.提出结构的局部分析技术.本文着重介绍了结构的局部对称性,外伸结构和局部相同结构.对于结构的局部修改和网格细化等也作了简要介绍.在附录中,推导了局部对称性分析的基本公式.应用局部分析技术可增强结构理想化的灵活性,减少计算工作量,提高计算效率.本文提到的基本思想已在航空结构分析系统1.1型(HAJIF-1.1)实现.在西门子7760计算机上,用HAJIF-1.1型完成全部的数例计算.     

大型渡槽动力设计方法研究

根据大型渡槽结构的特点,在缺乏适用的抗震分析模型前提下,提出支撑-渡槽-水伪三维流固耦合动力分析方法。模型基于结构动力分析理论和流固耦合分析理论,整体结构分析采用Newmark方法进行动力时程分析,分析中考虑渡槽结构整体受力性能,包括下部支撑结构、地基等多种因素的影响作用;渡槽-水耦合体子结构分析采用任意拉格朗日-欧拉(Arbitrary Lagrangian Eulerian,ALE)有限元方法进行动力分析,考虑渡槽-水的耦合相互作用,模拟渡槽中水体的大幅晃动作用,相应得出渡槽中动力压力值及其分布。以某排架支撑矩形渡槽为例,采用本文提出的伪三维模型进行地震时程分析,计算结果与三维模型计算结果吻合良好。本文提出的伪三维动力分析方法计算效率高,满足渡槽结构抗震设计要求,便于工程应用,是大型渡槽结构动力分析研究和抗震设计的实用静、动力分析方法。     

动力子结构模态综合解法的并行算法

本文根据动力子结构模态综合法,提出了相应的并行算法。该算法有效地将整个结构分成独立的多个子结构,然后由多个CPU同时独立求各子结构的分支模态和进行各子结构的分支模态变换。再串行组集界面刚度和质量阵,并求解缩减后的整体方程。最后返回各子结构求结点位移对于(`ω~2`)的模态(φ),这一步也在各CPU内独立地同时进行。该方法在西安交通大学的ELXSI-6400并行机上程序实现,表明能有效地节省计算时间,为一种大型结构动力分析方法。     

有多阶固有频率要求的组合结构设计

在各子结构的振协固有特性已知下，通过设计子结构间的连接元件，使得组合结构的多阶固有得到满足，在组合结构动力重分析中，以胳子结构的剩余附着模态作为基保留模态的补充，进行模态缩减，保了计算的精度，提高了计算速度。对具有刚体模态的子结构采取了移频处理技术，文中给出的两个设计计算实例，表明本文方法的有效性。     

动态子结构法中非线性特征值问题解法的改进

在大型复杂结构中,应用有限元法进行动力分析,自由度往往过大,本文依据对接加载动态子结构法并加以改进,利用精确的动力缩聚代替原来的静力缩聚,按双协调条件,将所有子结构的动力影响集中在一主体子结构上,这样整个结构的动力分析就转化为主体子结构的非线性特征值问题的求解,在非线性特征值问题的迭代解法中,本文采用修正的Sturm序列计数法,变步长搜索出所有迭代初值,并利用计算稳定、收敛迅速的移位反迭代法以提高经济性和解的精度,针对反迭代中出现的特征根“滑移”现象及重根的重复收敛,本文提出用迭代矢量的“定点加权法”,结合修正的Gram-Schmidt正交滤清来解决,通过实例的计算,证实了这种方法的优越性。     

有多阶固有频率要求的组合结构设计

在各子结构的振动固有特性（固有频率、振型）已知下，通过设计子结构间的连接元件，使得组合结构的多阶固有频率得到满足。在组合结构动力重分析中，以各子结构的剩余附着模态作为其保留模态的补充，进行模态缩减，保证了计算的精度，提高了计算速度。对具有刚体模态的子结构采取了移频处理技术。文中给出的两个设计计算实例，表明了本文方法的有效性。     

Free vibration analyses by boundary element method using component mode synthesis

The boundary element method for dynamic analysis of two dimensional structures was developed by Nardini and Brebbia in 1983. Free vibration analysis of structures by BEM results in a generalized eigenproblem with coefficient matrices nonsymmetric and full. So, it costs a lot of CPU time to solve the eigenproblem. In order to reduce the cost the improved free interface coupling method has been adopted. By aid of lower eigenvectors and residual modes the degrees of freedom of substructure equaion of dynamic equilibrium can be reduced. By assembling the reduced substructure equations, the system of equations for the whole structure will be obtained. By using the traction and displacement compatibility conditions on the interface, the second transformation matrix has been developed for further reduction of system equations. The technique has been applied to some specific examples which give the evidence that the method is satisfactory and efficient.     

摄动有限元法在结构动力模型修改中的应用

本文将摄动理论与有限元法相结合,提出了用于小变参数结构分析的摄动有限元法(P-FEM),导出了在结构参数发生小变化的情况下,结构摄动单元矩阵的一般公式及结构的动特性随结构参数变化的二阶渐近展开式,并将这一结果运用于结构的动力模型修改中,提出了一种新的适合于工程应用的结构动力模型修改方法,把这一方法应用于实际的复杂结构动力模型修改中,获得了十分满意的结果.     

On a generalized taylor theorem: A rational proof of the validity of the homotopy analysis method

IntroductionIn 1 7thcenturyIsaacNewton[1]gavesuchabinomialexpressionforfractionalandnegativeexponents(1 +t) α,i.e.,(1 +t) α =1 + +∞k=1α(α-1 ) (α-2 )… (α -k+ 1 )k !tk　　 (α≠ 0 ,1 ,2 ,… ) ,(1 )whoseconvergenceradiusisone.Furthermore ,theclassicalTaylorseries (seeRef.[2 ] )limm→+∞ mk=0f(k) (z0 )k !(z-z0 ) k (2 )ofacomplexfunctionf(z)atz=z0 isvalidmostlyinarestrictedconvergenceregion｜z-z0 ｜相似文献   

基于附加虚拟质量的结构损伤识别方法

针对大型土木结构的模态信息往往对局部损伤灵敏度较低的特点,提出通过在各个子结构上附加虚拟质量的方法提高局部灵敏度,实现整体结构的准确损伤识别。该方法无需在结构上布置真实质量,它首先利用虚拟变形法（VDM）可进行结构快速重分析的思想,由实测结构的激励和加速度响应,构造结构附加虚拟质量后虚拟结构的频率响应;然后结合灵敏度分析和附加质量与频率关系,确定所需附加质量和对应具有较高灵敏度的频率;最后分别在每个子结构上附加虚拟质量,联合所有虚拟结构和对应的频率即可准确快速地识别出整体结构各个子结构的损伤。本文通过两层平面框架有限元模型验证了附加质量损伤识别方法的有效性。     

载荷作用位置不确定条件下结构动态稳健性拓扑优化设计

研究当外载荷作用位置不确定时, 连续体结构动态稳健性拓扑优化设计. 在减小结构对简谐激励动响应的同时, 有效降低其对外载荷作用点随机扰动的敏感性. 首先基于非概率凸模型的方法, 将外激励作用位置的不确定性用有界区间变量表示. 其次通过对加载位置的导数分析, 获得了在激励位置扰动情况下结构动柔顺度的二阶泰勒展开式. 基于变密度方法, 推导出了动柔顺度对拓扑设计变量的一阶灵敏度显性表达式. 最后在材料体积约束下, 采用移动渐近优化算法并结合载荷扰动区间内灵敏度的最大绝对值, 对连续体结构进行动态稳健性拓扑优化设计, 并与传统载荷位置固定条件下的确定性优化结果进行对比, 充分展示考虑外激励作用位置扰动对结构拓扑构型设计及其动柔顺度变化的影响. 数值优化结果表明, 采用文中提出的方法所获得的结构动响应的稳健性更高, 能有效抵抗外激励作用位置的随机扰动. 只要少许增大材料的体积, 稳健性优化设计的动响应将在整个载荷扰动区域内优于确定性优化结果.      

各向异性对半圆形河谷散射影响的数值分析

半圆形河谷场地可构造为包含河谷的广义子结构和具有规则边界的开挖场地两部分，基于土-结构相互作用SSI原理，建立子结构控制方程。利用比例边界有限元SBFEM求解开挖场地动刚度，解析求解各向异性介质自由场qP波波动，将两者代入控制方程，可求得广义结构的动力响应。与文献中各向同性半空间中半圆形河谷在P波入射下的位移结果对比，验证了方法的精度和有效性。进一步分析了椭圆各向异性和非椭圆各向异性对半圆形河谷在qP波入射下位移分布的影响。数值算例显示，介质的各向异性改变了半圆形河谷散射位移的空间分布，增大了水平向位移的峰值；同时，介质的各向异性加剧了入射角对散射波场位移分布的影响。     

Constrained Substructure Model Updating Method Based on Local Mode

针对局部子结构为修正对象的情况提出了约束子结构修正法,实现只利用整体结构模态中对 应子结构部分的模态即可以修正子结构模型. 由脉冲响应结合特征系统实现法识别出子结构的低阶模态; 结合识别的模态和整体结构理论模型的高阶模态构造整体结构对应子结构位置的柔度矩 阵;利用柔度矩阵的物理意义,在子结构的边界上施加数值支座,把子结构从整体结构 中隔离出来成为约束子结构,同时构造出约束子结构的柔度矩阵;利用灵敏度的方法根 据构造出的约束子结构柔度矩阵,优化修正约束子结构,即间接等效地修正子结构模型. 通过一个平面桁架结构验证了约束子结构模型修正法的可行性与有效性,即使在5%或 10%的噪声影响下,仍能得到满意的修正结果. 关键词 模型修正,柔度矩阵,约束子结构,灵敏度,修正单元力     

Dynamic Model for LES Without Test Filtering: Quantifying the Accuracy of Taylor Series Approximations

The dynamic model for large-eddy simulation (LES) of turbulent flows requires test filtering the resolved velocity fields in order to determine model coefficients. However, test filtering is costly to perform in LES of complex geometry flows, especially on unstructured grids. The objective of this work is to develop and test an approximate but less costly dynamic procedure which does not require test filtering. The proposed method is based on Taylor series expansions of the resolved velocity fields. Accuracy is governed by the derivative schemes used in the calculation and the number of terms considered in the approximation to the test filtering operator. The expansion is developed up to fourth order, and results are tested a priori based on direct numerical simulation data of forced isotropic turbulence in the context of the dynamic Smagorinsky model. The tests compare the dynamic Smagorinsky coefficient obtained from filtering with those obtained from application of the Taylor series expansion. They show that the expansion up to second order provides a reasonable approximation to the true dynamic coefficient (with errors on the order of about 5% for c _s ²), but that including higher-order terms does not necessarily lead to improvements in the results due to inherent limitations in accurately evaluating high-order derivatives. A posteriori tests using the Taylor series approximation in LES of forced isotropic turbulence and channel flow confirm that the Taylor series approximation yields accurate results for the dynamic coefficient. Moreover, the simulations are stable and yield accurate resolved velocity statistics. Received 20 February 2001 and accepted 24 July 2001