基于S变换的非平稳随机过程演变功率谱密度估计

提出了一种基于S变换的估计Priestley非平稳随机过程演变功率谱密度的方法。此方法的根本在于,相对于S变换的"变换核",Priestley非平稳随机过程的调制函数为慢变函数。因此,非平稳随机过程的S变换可视为相位修正后的另一非平稳随机过程。推导出了对应于特定频率点的S变换瞬时均方值和非平稳随机过程演变功率谱密度之间的关系式。将功率谱密度函数表达为有限个频率点的级数展开,通过求解一组代数方程,就能得到级数展开中每个频率点的时变系数,由此,可给出非平稳随机过程的演变功率谱密度。由于级数展开中的高斯形状函数不依赖于时间,因此,本文所提算法具有较高的计算效率。最后,给出了均匀调制和非均匀调制非平稳随机过程演变功率谱估计的算例。     

随机过程的随机谐和函数表达

研究了随机过程的随机谐和函数表达及其性质. 首先证明了当随机谐和函数的频率分布与目标功率谱密度函数形状一致时, 随机谐和函数过程的功率谱密度函数等于目标功率谱密度函数. 进而, 证明了随机谐和函数过程的渐进正态性, 讨论了趋向正态分布的速率, 并采用Pearson分布研究了一维概率密度函数的性质. 与已有的随机过程谱表达方式相比, 采用随机谐和函数表达, 仅需要很少的展开项数, 即可获得精确的目标功率谱密度函数, 从而大大降低了与之相关的随机动力系统分析的难度. 最后, 以多自由度体系的线性和非线性响应分析为例, 验证了随机谐和函数模型的有效性和优越性.      

关于虚拟激励法的一个注记

从具有随机频率与随机相位的随机谐和函数出发,证明了当随机频率与相位均为均匀分布而随机幅值与功率谱密度平方根成正比时,该随机过程的功率谱即精确地等于目标功率谱.进而表明:只需遍历频率区间,即可由单一谐和函数激励下的响应幅值给出响应的功率谱密度,从而揭示了虚拟激励法的物理意义.研究还表明:为了给出结构响应的功率谱密度,实际...     

全非平稳地震作用下地下空间结构随机反应及可靠度分析

为研究全非平稳地震作用下地下空间结构的随机地震反应特征及可靠度分析方法，本文基于非均匀调制演变随机过程，建立了一种同时考虑强度非平稳和频率非平稳的全非平稳随机地震动输入功率谱分析模型；利用频响函数和脉冲响应函数间的傅里叶变换关系，推导出了适用于地下空间结构随机反应分析的响应功率谱计算表达式，可结合有限元方法对全非平稳地震作用下地下空间结构进行随机反应分析．基于穿越过程为泊松过程假定，采用分部积分方法，进一步推导出了适用于首次超越破坏可靠度计算的互相关函数解析表达式．然后，本文以上海某两层三跨地铁车站为工程背景，建立土-地铁车站结构相互作用体系有限元模型，对全非平稳地震作用下地铁车站结构进行了随机反应分析和中柱可靠度分析．结果表明：在非均匀调制演变功率谱作用下，结构的响应功率谱也具有明显的演变特征；利用文中给出的互相关函数计算公式，可避开调制函数的数值微分，提高计算精度．     

带弹簧-质量系统的车-桥耦合演变随机振动

提取悬挂有弹簧-质量系统桥梁的模态函数,将车辆简化为一个两自由度的移动系统,以桥面不平度功率谱密度为输入,建立车辆与带弹簧-质量系统的桥梁的耦合系统力学模型. 结合状态空间理论和演变随机过程的一般理论,研究车-桥耦合演变随机振动的弹簧-质量系统控制. 通过数值算例可知:弹簧-质量系统对车辆的随机响应没有影响,而可以降低桥梁的随机响应. 最后,探讨了弹簧-质量系统与桥梁质量比、弹簧--质量系统个数对桥梁随机响应的影响.     

剪切模量是幂函数的成层土的地震随机反应

基于改进的一维剪切梁模型，对剪切模量是其深度的某一幂函数的成层非均质土层，得到其稳态动力响应的封闭型解析表达式。首次证明了这种土层振型函数的正交性，然后利用随机振动理论，并基于基岩输入地震加速度的功率谱密度函数：白噪声谱和过滤白噪声谱。研究了该土层对地震的随机动力响应问题。计算结果表明，1)在基岩输入地震加速度的功率谱为白噪声谱的情况下，土层的最大期望反应均有别于过滤白噪声谱时的相应值；2)平稳输入与输出过高地估计了土层的随机响应。     

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.     

基于小波-Galerkin方法的结构随机动力响应功率谱的确定

在最近发展的周期广义谐和小波PGHW(Periodic Generalized Harmonic Wavelet)的基础上,通过小波-Galerkin方法推导得到了线性单自由度结构的随机动力响应功率谱密度。在此过程中,利用PGHW的解析形式及其在频域内的特殊性:(1)推导得出了PGHW的联系系数(Connection Coefficient)的解析形式;(2)基于PGHW及其联系系数,利用小波-Galerkin方法推导得到了线性单自由度系统在确定性激励下的响应;(3)得到了在具有演变功率谱的随机动力激励下单自由度线性振子的随机响应功率谱解答。数值算例表明,无论是确定性响应解答,还是随机动力响应的功率谱密度,小波-Galerkin法的计算结果均能较好地吻合数值解。     

近地表爆炸地震的地面竖向振动速度的随机特性

引入了将爆炸地震的地面运动速度分解为一个确定性的幅值衰减函数和一个随机振动响应函数的乘积进行描述的基本方法 ,对近地表爆炸地震引起的地面竖向振动速度的实验测试结果进行了简要的分析。分析结果表明 :近地表爆炸地震的地面竖向振动速度随机波动分量的双对数功率谱在 10～ 70 0Hz的频率范围内满足近似的线性关系 ,功率谱指数介于 2 .5 1～ 2 .85之间 ,由此得到非平稳地震地面振动速度的演变谱密度方程。此外 ,还给出了地面竖向振动速度的理论模拟结果 ,在随机统计特性上与实验结果具有较好的一致性。     

受非均匀调制演变随机激励结构响应快速精确计算

本文假定结构受到非均匀调制的演变随机激励，亦即其调制函数是时间与频率二者的函数，导出了有关的虚拟激励算法，并采用精细逐步积分格式，进行时变功率谱计算，获得了很高的计算效率和精度。     

Nonstationary Envelope Process and First Excursion Probability∗

The definition of stationary random envelope proposed by Cramer and Leadbetter, is extended to the envelope of nonstationary random processes possessing evolutionary power spectral densities. The density function, the joint density function, the moment function, and the crossing rate of a level of the nonstationary envelope process are derived. Based on the envelope statistics, approximate solutions to the first excursion probability of nonstationary random processes are obtained. In particular, applications of the first excursion probability to the earthquake engineering problems are demonstrated in detail.     

单自由度系统的爆炸地震演变响应

提出了一个单自由度结构系统爆炸地震随机地面振动演变响应的理论分析方法。根据爆炸地震效应的特点 ,建立了一个地面运动激励模型 ,并以TNT炸药爆炸实验测试结果为实例 ,讨论了模型中相关基本参数的确定方法及其结果。在给定结构固有频率和阻尼系数条件下 ,得到了单自由度系统的爆炸地震位移响应功率演变谱和均方根位移理论解。与在一个混凝土基座上的测试结果进行对比表明 ,得到的理论均方根位移具有较好的预测精度。     

同源演变随机激励下的非平稳响应

在复模态分析与演变谱分析的基础上任意点的三维坐提出了时不变线性系统的在一般演变随机的激励下的时变均方响应的一个简便实用解法。并以简化模型为例，用本方法考察了变速车辆的路面响应问题。     

非平稳地震动的双调制模型研究

地震动是工程结构地震反应研究与抗震设计的基础,要分析工程系统的性能,必须要把地震动作为随机过程来建立可靠的模型。本文通过对非平稳过程演变谱的研究,给出双调制函数,建立了双调制非平稳地震地面运动模型。结合双调制函数和三角级数法生成人工地震波,通过对人工波频率和强度的非平稳性研究验证了双调制模型的有效性。同时本文给出了双调制非平稳地震激励的结构响应虚拟激励算法,得到响应的时变功率谱。分析表明,该模型具有明确的物理意义,且更符合实际,为结构抗震可靠性分析提供了一种较好的地震动模型。     

大跨率桥梁直接考虑拟静力位移影响的随机地震反应分析

对 Duhamel积分引入了改进的脉冲响应函数 ,建立了激励演变谱矩阵与总动力响应演变谱之间的关系 ,并对实际大跨度斜拉桥进行了数值计算。这一成果实现了全面考虑各种地震动时空变化特性下的直接求解结构总动力响应的时域法和频域法计算列式 ,使得地震动多点激励下考虑拟静力位移影响的结构响应计算过程大为简化。     

连续小波变换离散化的爆炸振动特征分析

应用连续小波变换的离散化关系,针对一个改进的L-P（littlewood-paley）小波基函数,给出了一种实现频率完全分割的时频特征分析方法,并对爆炸振动时频特征进行了研究。80 kg TNT地面爆炸时地面垂向振动速度的时间能量密度分布情况表明,在质点振动峰值速度到达时刻爆炸振动的频率范围比较宽,而其他时刻的振动频率相对较为集中,时频能量分布的峰值正好对应于爆炸振动速度的峰值到达时间。基于小波变换的爆炸振动频谱特征与Fourier变换的结果具有良好的一致性。此外,还给出了利用小波变换结果建立爆炸振动随机演变理论模型的基本方法。     

Experimental determination of bending strain power spectra from vibration measurements

Experimental results are presented of the power spectral density of the random bending strain on the surface of a beam obtained using a scanning laser vibrometer. The strain spectra were obtained by processing vibration data measured at discrete locations along the beam's length. The beam was driven by a stationary broad-band random force. The experimental setup is described along with the data analysis procedure. The results presented here indicate that the method is practical and can lead to reliable estimates.