桥梁受移动荷载动力响应的一种精细积分法

迄今为止,精细积分法都是应用于荷载作用位置固定不变的问题。本文将精细积分法推广到荷载作用点位置随时间而变化的情形,按有限元方法计算了桥梁受移动荷载作用时的动力响应,并与常规的Newmark方法、解析解做了比较。数值结果表明,精细积分法按本文的策略推广后,计算精度和效率均比通常的数值积分方法得到显著的提高。     

非线性度对修正双步长显式法及常用逐步积分法的影响

为了掌握非线性度对逐步积分法的影响,研究了几种积分算法在不同非线性度振动系统中的响应。通过3个典型非线性算例,对修正双步长显式法、蛙跳式中心差分法、Newmark法、广义α法和精细积分法的计算精度和稳定性能等进行了比较。结果表明:非线性度对广义α法、精细积分法和Newmark法的稳定性有影响;高非线性度对Newmark法的计算稳定性影响最大;时间步长越小,算法精度和计算量越高;相同小步长情况下,精细积分法的精度最高,而修正双步长显式法的计算量最小;在时间步长较大时,低非线性度会引起精细积分法不稳定,修正双步长显式法的精度最高,修正双步长显式法在非线性系统中具有很强的鲁棒性。     

动力时程分析时间步优化方法的性能分析

针对本研究团队提出的时间步优化方法,在具备优化时间步长与外荷载同步变化特性的基础上,本文进一步分析了优化时间步长与计算精度的相关性。并且,基于收敛性、稳定性、计算精度和计算效率四个方面对时间步优化方法的优劣进行了评价,得出以下结论:采用时间步优化方法对原动力数值计算程序进行时间步优化后,可以在保证计算精度的同时,非常有效地提高计算效率;保证了计算的收敛性至少不低于原程序,而且在一定程度上提高了原程序的计算稳定性。     

车桥系统非平稳随机振动的PEM-PIM算法

研究了车桥耦合系统受到路面不平激励而发生的非平稳随机振动.采用虚拟激励方法(PEM)将路面的竖向随机不平度精确地转化为一系列竖向简谐不平度的叠加,从而简化了运动方程的求解,在此基础上用精细积分法(PIM)的三种格式进行数值计算.这种基于虚拟激励法的精细积分(PEM-PIM)算法比通常的数值积分方法更真实地模拟了车辆作用力在时间域和空间域上的连续变化,也更精确地实施了数值积分.与广泛采用的Newmark方法比较,三种PEM-PIM格式处理这类问题时在分析精度和计算效率上都有显著的改善,而又各有特色.     

简谐移动荷载下单相弹性地基三维动力半解析移动单元分析

由于路面不平整,车辆会以一定的频率和振幅在路面上运动,研究简谐移动荷载作用下单相弹性地基的动态响应具有更加现实的意义。将移动单元法引入到单相弹性介质的半解析方法中,构造了随荷载以相同速度运动的移动层单元。基于移动坐标下单相弹性介质的动力控制方程和边界条件,应用加权残数法建立了简谐移动荷载下单相弹性介质的三维动态响应半解析方程;将固定坐标下的动力问题转化为移动坐标下的拟静力问题,数值分析了简谐移动荷载作用下单相弹性地基的动态响应及其参数的影响。计算结果表明:在简谐移动荷载作用下,当无阻尼或小阻尼时,位移幅值随着速度变化不是单调递增或递减。当速度在瑞利波波速附近时,会出现各位移幅值的极大值(或第一极大值);当阻尼较大时,位移随着速度增加变化缓慢。这说明阻尼和频率的共同作用会有效地抑制位移幅值响应。研究结果表明本文所提供半解析移动单元法是研究简谐移动荷载下介质动态响应的一种简单有效的方法。     

直接积分法对强迫振动计算精度的讨论

1.前言 以往对积分格式的研究重心多是集中在动力方程右边为零的自由振动下的精度和稳定上。在实际工程中,大多数的工程振动问题都是由强迫振动引起,所以仅讨论在自由振动下某一积分格式的精度是很不全面的。文献[1]讨论了结构阻尼为零,在简谐荷载作用下的Newmark积分格式的数值误差,首次提出了伪共振的概念。由于大多数荷载都可以用富里     

主动控制结构在简谐激励作用下时迟问题的精细计算研究

通过对结构在线监测，预测其下一时刻所受的力，进而对结构施加反馈力。在计算过程中，对现有的时程精细积分方法进行了有效的改进，提出了一种新的解决结构在简谐荷载作用下时迟问题的精细计算方法。算例结果表明该方法为一种解决时迟问题的有效计算方法。     

隐式Newmark法分析波动问题精度的探讨

本文研究了用平均加速度的Newmark积分格式求解一维平面弹性波动问题的精度。由于平均加速度的Newmark积分格式没有振幅衰减、不产生数值阻尼,因此采用此法分析波动问题会产生较强的高频振荡,尤其是加速度的计算值误差甚大。本文对防护工程中常见的平台型荷载和升压三角形荷载作用下的波动问题,应用有限元分析的实例表明:采用有数值阻尼的Newmark积分格式是改进有限元求解波动问题的一个有效方法,可以大大地提高应力和加速度求解精度。文中推荐的有数值阻尼Newmark积分格式的积分参数(=0.9,=0.49)可供工程中土与结构动力分析时参考使用。     

公路桥梁内力包络图的仿真计算

移动荷载作用下的内力包络图的计算是一个典型的可以用计算机仿真解决的问题．用计算机模拟汽车荷载在公路桥梁上以小步长移动,每一步画出桥梁结构的内力图．当汽车荷载通过桥梁时,这些内力图将填充成一个区域．这个区域的上、下边界线就是桥梁结构的内力包络图．内力包络图的算法不依赖影响线的概念,在理论和实践上,简化了内力包络图的计算．     

移动简谐荷载作用下轨道结构动态响应研究

研究了移动简谐荷载作用下轨道结构的动态响应特性,首先,将轨道结构简化为连续离散点支撑的弹性Euler梁模型,并建立了移动荷载作用下轨道系统动力学微分方程,基于无限周期结构在频域内的性质和叠加原理,推导出了移动简谐荷载作用下轨道结构上任意点的动态响应解析表达式;然后,数值分析了激励频率、扣件刚度、扣件阻尼对轨道结构动态响应的影响。研究结果表明:钢轨动态响应共振峰出现在荷载激励频率附近;随着激励频率的增大,钢轨动态响应峰值向高频方向移动;在高频段内,钢轨动态响应随着扣件刚度的增大而增大;扣件阻尼对系统的共振峰值及峰值带宽无显著影响,但在高频段内扣件阻尼具有明显抑制振动的作用,通过增大阻尼可以有效控制轨道的高频振动。     

列车荷载作用下黏弹性半空间体的随机动力响应Dynamic response of viscoelastic half-space subjected to train loads

针对列车荷载作用下黏弹性半空间体响应的问题,利用虚拟激励法将系统的随机分析转化为确定性分析。根据列车荷载构造了相应的虚拟激励形式,通过傅里叶积分变换法把半空间体控制方程转入波数‐频率域,并推导获得了系统虚拟响应的积分形式解。当相速度接近或大于瑞利波速时,积分形式解中被积函数往往具有奇异性和高振荡性,使得数值计算相当困难。对此,将被积函数图形化以确定函数的积分限,并通过自适应数值积分算法解决被积函数的振荡性。数值算例中,进行了随机列车荷载作用下半空间体的响应分析,讨论了荷载移动速度及频率等参数变化对响应的影响,给出了响应的时间和空间分布规律。本文方法可进一步推广至移动矩形荷载等载荷模型,对移动荷载作用下环境振动行为预测具有很好的借鉴意义。     

移动随机荷载作用下梁桥非平稳随机振动的PEM-FFT方法

针对移动随机载荷作用下桥梁结构非平稳随机振动问题,建立了一种基于频域分析的虚拟激励-傅里叶变换方法(PEM-FFT)。与通常的非平稳随机振动的时频分析方法不同,提出的方法完全在频域上执行。其主要特色是能够给出随机输入与随机输出的频域关系,表明移动载荷作用下结构非平稳随机振动分析仅需对载荷的确定性移动函数项进行计算。数值算例考虑了等截面/变截面简支梁受移动随机载荷作用的问题,首先与通常的时频分析方法进行对比,验证了PEM-FFT方法的正确性和有效性,进一步讨论了不同结构形式以及不同载荷移动速度对响应演变统计量的影响。     

EVALUATION ON STRESS INTENSITY FACTOR OF CRACK UNDER DYNAMIC LOAD USING NUMERICAL MANIFOLD METHOD

相较于传统有限元,数值流形方法（numerical manifold method, NMM） 的一个显著优点是在处理裂纹问题时网格无需与裂纹重合,这就方便了岩体破坏过程的模拟. 基于包含裂尖增强函数的NMM,采用Newmark 隐式动力学算法进行时间积分,重点研究了动力载荷条件下裂纹动态应力强度因子（dynamic stress intensity factor,DSIF） 的求解方法. 针对典型的线弹性动力裂纹问题,给出了NMM 的数值算例. 结果表明NMM 能够准确计算动载荷条件下裂纹的DSIF,并且具有较好的收敛性.     

动载下裂纹应力强度因子计算的数值流形元法

相较于传统有限元,数值流形方法（numerical manifold method, NMM） 的一个显著优点是在处理裂纹问题时网格无需与裂纹重合,这就方便了岩体破坏过程的模拟. 基于包含裂尖增强函数的NMM,采用Newmark 隐式动力学算法进行时间积分,重点研究了动力载荷条件下裂纹动态应力强度因子（dynamic stress intensity factor,DSIF） 的求解方法. 针对典型的线弹性动力裂纹问题,给出了NMM 的数值算例. 结果表明NMM 能够准确计算动载荷条件下裂纹的DSIF,并且具有较好的收敛性.      

STUDY ON THE RESPONSE TO LOW-VELOCITY IMPACT OF A COMPOSITE PLATE IMPROVED BY SHAPE MEMORY ALLOY

Improvement from the pseudo-elastic effect of shape memory alloy (SMA) on the low-velocity impact (LVI) resistance of a composite plate is investigated by the finite element method (FEM).The stiffness matrix of the dynamic finite element equation is established step by step and the martensite fraction is obtained at each time step.The direct Newmark integration method is employed in solving the dynamic finite element equation,while the impact contact force is determined using the modified Hertz's law.It is found that SMA can effectively improve the performance of a composite structure subjected to low-velocity impact.Numerical results show that the deflection of a SMA-hybrid composite plate has been reduced approximately by thirty percent when the volume fraction of the embedded SMA reaches 0.3.     

覆冰三分裂导线舞动的数值模拟方法

以覆冰三分裂导线为研究对象,提出了一种模拟覆冰分裂导线舞动的数值方法。用Hamilton变分原理建立系统的动力学平衡方程,利用罚函数法引入子导线上间隔棒连接点的运动约束条件;采用Newmark法进行时间积分、Newton-Raphson法迭代求解非线性方程。通过数值算例验证了方法的正确性。在该方法的应用中由于尾流影响而导致迎风侧子导线和背风侧子导线所受空气动力载荷不同,数值模拟结果反映了这一因素对各子导线舞动轨迹的影响。此方法为分裂导线舞动的深入研究提供了一种有效途径。     

An explicit time domain solution for ground stratum response to harmonic moving load

Based on the thin layer method originally proposed in frequency domain, an explicit time domain semi–analytical solution has been developed for simulating three-dimensional layered ground responses to harmonic moving loads. The Fourier–Laplace transforms were applied to derive the transformed solution that satisfied the boundary conditions of horizontal infinities. The eigenvalue decomposition was performed with respect to Laplace parameter to express the ground motion corresponding to the eigenmodes. The formulation for each eigenmode incorporating the moving load expression was transformed back into time domain analytically, and the global system responses were given by means of the general mode superposition method. The proposed explicit time domain solution is suitable for studying various types of moving load acting on or inside the ground. In this paper a moving harmonic load with rectangular distribution was adopted to demonstrate the ground response simulation. Two illustrative examples for moving load with speeds below or above the ground Rayleigh wave velocity were presented to test the computational accuracy and efficiency of the proposed approach. A parametric study was also performed to investigate the influences of soil properties on the ground responses.The project is partially supported by the National Natural Science Foundation of China (50538010). The English text was polished by Yunming Chen.     

AN ARBITRARILY MIXED EXPLICIT-IMPLICIT ASYNCHRONOUS INTEGRATION ALGORITHM BASED ON UNIFORM DISCRETIZATION FORMAT

动力学问题的有限元分析需要在每一时步求解系统信息,相对于静力学问题,其计算量要大得多.因而,提高计算效率,节省计算工作量是动力学求解方法研究的主要内容.该文针对大型复杂动力学系统的高效求解问题,提出了一种基于Newmark离散格式的显式、隐式任意混合异步算法,根据整体系统不同局部的物理力学特性和求解精度要求,在空间域及时间域内对动力学系统方程进行多尺度求解.该方法根据显式、隐式算法固有的信息传递机制,采取动态的可变边界处理方法,避免了异步边界上的误差积累;并通过对整体系统能量平衡的校验,动态地确定和修正仿真计算时步,可以有效地预防不稳定性的产生和发展.数值算例表明：该算法能在保持较高的计算精度的同时,极大地降低计算资源消耗,因而具有一定的实用价值.     

基于改进萤火虫算法的移动车辆参数识

提出了一种基于萤火虫优化算法的移动车辆参数直接识别方法.采用四自由度双轴十二参数车辆模型和欧拉梁有限元模型建立了车桥耦合系统的动力方程,并利用Newmark直接积分法求解了系统的动力响应.通过引入一种局部搜索策略和末位淘汰机制改进了萤火虫优化算法的收敛速率,并提高了识别结果的精度.本文方法仅利用车辆振动的竖向加速度响应测量就能进行移动车辆参数的识别.数值算例表明,改进的萤火虫优化算法可以准确地识别出车辆的质量、悬挂刚度和阻尼等参数,并且对测量噪声不敏感.