回传波矩阵法在杆系结构静力分析中的应用

回传波矩阵法最初是由Pao等人分析二维框架结构动力响应时提出的。对于三维杆系结构的静力分析，为了确定结构的位移和内力，先要建立传递分配矩阵和载荷源向量，这可通过列出所有节点的静力平衡方程和位移协调方程来实现。同时，通过分析每根杆近端位移和远端位移的关系，建立结构的回传波矩阵（重分配矩阵）。在此基础上求解线性方程组，就可以得到结构的位移和内力。本文推导了空间杆系结构的有关矩阵方程式，并给出了一固定梁的两端弯矩求解算例。     

对“关于静不定结构求位移的证明”一文的讨论

对“关于静不定结构求位移的证明”一文的讨论陈家骏，吴锁珠（常州建筑职工大学，常州２１３０１５）文［１］通过举例证明求静不定结构位移时，所采用的虚拟力状态可取为广义单位力加在原结构的任一相当系统上，文［２］对此从数学上给出了一般性的证明；即广义位移（为...     

考虑地基水平摩阻的Winkler地基上板模型解析

在Winkler地基模型基础上，采用板与地基之间的水平摩阻应力正比于板与地基接触点间水平位移假设，推演了包含板弯曲和轴向拉压效应的非线性地基板微分方程；应用摄动法分析竖向集中力作用下，板与地基水平摩阻应力对板内力（弯曲力、轴向力和剪应力）、位移（挠度、水平位移）的影响规律，实证了板与地基水平摩阻应力对板剪应力的非线性影响可以忽略不计，从而得到了轴对称条件下计入地基水平摩阻的Winkler地基上薄板的线性微分方程．随后通过汉克尔变换得到了轴对称无限大板的解析解，以及包含四项复宗量贝塞尔函数的轴对称圆形板的解析解，给出了板内力、位移的计算式；最后，通过算例分析了板与地基间水平摩阻状况对板挠度、截面弯矩的影响规律．结果表明：地基板挠度与弯矩随着板与地基间水平摩阻的增大而减少；当地基板水平摩阻参数大于0.01时，地基水平摩阻力对板挠度和弯矩影响有可能超过2%，应予考虑；无限大板作用圆形均布荷载时，水平摩阻的存在最大可使板最大挠度（即荷载圆中心点处挠度）下降约50%，板最大截面弯矩（即荷载圆中心点处弯矩）下降约70%.     

对“关于静不定结构求位移的证明”一文的讨论

对“关于静不定结构求位移的证明”一文的讨论陈家骏，吴锁珠（常州建筑职工大学，常州２１３０１５）文［１］通过举例证明求静不定结构位移时，所采用的虚拟力状态可取为广义单位力加在原结构的任一相当系统上，文［２］对此从数学上给出了一般性的证明；即广义位移（为...     

杆系结构几何优化中的广义变量近似方法

提出一种杆系结构几何优化的广义中间变量近似方法。首先引入一套广义中间变量，包括各杆件局部柔度特性、方向余弦及内力与位移关系矩阵各元素，结构响应与这些广义中间变量的关系比与设计变量本身（即节点坐标和截面积）成更好的线性关系。因此，以广义中间变量做一阶泰勒展开近似位移和内力。应力约束和屈曲约束由近似内力计算。近似问题由优化器在设计变量空间内求解。最后给出了几个算例，结果表明了本文的方法是十分有效的。     

杆系结构的几何非线性分析──Ⅰ．平面问题

本文以三维连续体的虚功增量方程为基础，采用平动、转角位移分别插值的方法，导出了梁结构大位移、大转动问题内力分析的ＵＬ法。本文考虑了轴向、剪切和弯曲效应，提出了新的几何刚度矩阵。算例表明，依本文方法编制的程序具有分析结构强几何非线性行为的能力；在满足本文位移假定（即每次加载增量中转角增量是小量）的条件下，可以描述任意大角度的刚体转动。     

改进的虚裂纹闭合技术及其在复合材料脱层分析中的应用

提出一种改进的虚裂纹闭合技术（ＶＣＣＴ）对轮胎带束（一咱复合材料结构）不同脱层长度下的应变能释放率进行了计算。将强度裂纹闭合的位移作了一种可变约束施加在变形后的裂纹尖端,约束反力作了裂纹尖端力计算,应变能释放率由裂纹尖端力和约束位移的乘积得到。该方法的优点是简便易行,在物理理解上直观,实施起来方便。本文就用该技术对带束脱层进行了断裂力学分析,给出数值结果,并对带束的脱层寿命进行了评价。     

含刚性斜杆的平面有侧移刚架内力计算

在结构分析中,为简化计算常假定结构体系中某些杆件或杆件沿某个方向为无限刚性,含刚性杆结构的内力分析是结构力学的教学难点。在位移法教学中常涉及有侧移刚架,若刚架中含斜杆和刚性杆件,杆端位移将受到限制,结构体系中必有非独立结点位移出现。本文通过引入刚架中刚性约束的约束方程,获得约束方程的系数矩阵,根据系数矩阵秩的计算确定结构体系的基本未知量。并根据约束方程确定结构体系非独立结点位移与独立结点位移间的关系式,应用位移法分析刚架内力。     

杆系结构的几何非线性分析──Ⅱ．三维问题

以三维连续体的虚功增量方程为基础，采用平动、转角位移分别插值的方法，导出了空间Ｔｉｍｏｓｈｅｎｋｏ梁大位移、大转动问题内力分析的ＵＬ法（ＵｐｄａｔｅｄＬａｇｒａｎｇｉａｉ１Ｆｏｒｍｕｌａｔｉｏｎ）。本文考虑了轴向、剪切、弯曲和扭转效应，提出了新的几何刚度矩阵，并建立了描述大转动规律的坐标转换矩阵。算例表明，依本文方法编制的程序具有分析结构强几何非线性行为的能力；在满足本文假定（即每次加载增量中转角增量是小量）的条件下，可以描述任意大角度的刚体转动。     

广义双重抗侧力结构体系的统一位移计算理论

在广义概念上将建筑结构视为由同时考虑弯曲变形、剪切变形的两种子结构组成的双重抗侧力结构体系, 提出弹性阶段广义双重结构水平位移的统一的计算方法. 子结构单独承受水平外载荷时其内力与变形的关系服从Timoshenko剪切梁基本理论, 在子结构协同工作的基础上, 采用水平变形连续化的计算方法, 建立了广义双重抗侧力结构体系的统一位移微分方程, 以结构承受均布载荷作用为例推导出两个子结构的弯曲变形、剪切变形及结构总水平位移的通用解析表达式. 对框架-剪力墙结构与广义双重结构的位移微分方程式、微分方程特解、水平位移解析解进行了全面对比分析, 证明了框架-剪力墙结构是隶属于广义双重结构体系的一种具体表现形式; 算例分析表明, 对于一般中高层双重抗侧力结构, 采用解析法计算所得的位移结果能够满足一般工程设计的精度要求.      

基于贝叶斯理论的恢复力模型参数识别方法

提出了基于贝叶斯理论的恢复力模型参数识别方法,该方法考虑了模型误差的影响,结合实测滞回曲线数据,不仅可以得到模型参数的最有可能值,而且可以得到模型参数的定量的不确定性。以密肋复合墙体在低周反复荷载作用下所得滞回曲线为例,提出了可考虑刚度降低、捏拢滑移及极限荷载后强度降低现象的恢复力模型,建立了基于贝叶斯理论的恢复力模型参数识别计算框架,推导得到了模型参数的负对数似然函数,据此可得到模型参数的最有可能值及协方差矩阵。对标准密肋复合墙体预制试件和现浇试件的恢复力模型参数进行了识别,将根据模型参数最有可能值得到的滞回曲线及根据模型参数最有可能值及协方差矩阵得到的骨架曲线,与相应的实测值进行了对比,验证了所提方法的可行性及识别结果的合理性,更新的模型参数概率分布可用于后续的抗震风险评估。     

An orthogonal self-stress matrix for efficient analysis of cyclically symmetric space truss structures via force method

The analysis of structures is normally carried out through displacement method while the force method is considered as an alternative approach for this purpose and used on occasion. The generation of compatibility conditions (the transpose of self-stress matrix) is one of the major and complicated parts of any structural analysis using force method. In this paper, an efficient method is proposed for producing orthogonal self-stress matrix related to space truss structures with cyclic symmetry. This is actually performed by eigen-decomposition of a special matrix having the same null basis as in equilibrium matrix. Then, the advantages of the obtained compatibility conditions are demonstrated with respect to different formulations such as standard force method, eigen force method and integrated force method. Finally, the efficiency of the presented method is comprehensively compared with three well-known numerical methods and tested on a set of practical examples. The results indicate clearly the significant superiority of the proposed approach in terms of both computational time and the accuracy of the results.     

A novel method of determining the sole configuration of tensegrity structures

A novel analysis method is presented for form-finding of tensegrity structures. The spectral decomposition of the force density matrix and the singular value decomposition of the equilibrium matrix are performed iteratively to find the feasible sets of nodal coordinates and force densities. An algorithm of determining the sole configuration of free-form tensegrities is provided by specifying an independent set of nodal coordinates, which indicates the geometrical and mechanical properties of the structures can be at least partly controlled by the proposed method. Several illustrative examples are presented to demonstrate the efficiency and robustness in finding self-equilibrium configurations of tensegrity structures.     

Force reconstruction based on the union of singular spectral analysis and regularization method

Abstract

To overcome the problem of some ill-posed inverse problem of force reconstruction, which is caused by the noise in the measured responses and small singular values of the structure, a technology of force reconstruction based on a hybrid method of singular spectral analysis (SSA) and the Landweber regularization method is proposed in this study for the first time. The SSA is used to filter the structural response before using Landweber regularization. A new choice method of phase space reconstruction dimension is theoretically proposed, and the minimum embedding dimension is determined by the concept of optimizing difference spectrum theory. The feasibility of this method was demonstrated through three kinds of force reconstructions. The numerical simulation results and an acoustic vibration experiment demonstrated that the proposed method is more effective than the traditional method.

Communicated by Wei-Chau Xie.     

Advanced form-finding for cable-strut structures

A numerical method is presented for form-finding of cable-strut structures. The topology and the types of members are the only information that is required in this form-finding process. Dummy members are used to transform the cable-strut structure with supports into self-stressed system without supports. The requirement on rank deficiencies of the force density and equilibrium matrices for the purpose of obtaining a non-degenerate d-dimensional self-stressed structure has been explicitly discussed. The spectral decomposition of the force density matrix and the singular value decomposition of the equilibrium matrix are performed iteratively to find the feasible sets of nodal coordinates and force densities which satisfy the minimum required rank deficiencies of the force density and equilibrium matrices, respectively. Based on numerical examples it is found that the proposed method is very efficient, robust and versatile in searching self-equilibrium configurations of cable-strut structures.     

标准负阶跃力的实现及其测研究

本文介绍了新研制成功的用于对大力值(最大1200kN)、宽频带(最高分析频率50kHz)的力传感器动态特性校准的标准负阶跃力装置,该装置是基于帕斯卡原理和冲击卸荷方法来实现的.文中还详细介绍了力传感器输出电压和用激光测速仪测量负阶跃力跃变过程的高速数据同步采集技术.     

Stabilization of Parametric Vibrations of a Nonlinear Continuous System

The purpose of the present paper is to solve an active control problem of nonlinear continuous system parametric vibrations excited by the fluctuating force. The problem is solved using the concept of distributed piezoelectric sensors and actuators with a sufficiently large value of velocity feedback. The direct Liapunov method is proposed to establish criteria for the almost sure stochastic stability of the unperturbed (trivial) solution of the shell with closed-loop control. The distributed control is realized by the piezoelectric sensor and actuator, with the changing widths, glued to the upper and lower shell surface. The relation between the stabilization of nonlinear problem and a linearized one is examined. The fluctuating axial force is modeled by the physically realizable ergodic process. The rate velocity feedback is applied to stabilize the shell parametric vibrations.     

应力约束下预应力平面实体钢结构拓扑优化设计

对预应力平面实体钢结构拓扑优化设计问题进行研究,建立了以索力值、单元尺寸和结构拓扑为设计变量,以应力为约束条件,以结构重量最小为目标函数的数学优化模型.在求解方法上,首先以满应力设计准则法建立索力值与结构重量之间的优化模型,通过该模型的求解确定索力值,并通过满应力设计选取单元尺寸,然后对单元体厚度按闻值进行分类,从而删除低厚度单元实现结构的拓扑优化.算例结果与预应力钢结构理论相吻合,表明本文所提出的方法是有效的,可为预应力钢结构体系创新提供理论方法.     

一种改进的残余力向量法在结构损伤识别中的应用

残余力向量法是结构损伤识别中常用的方法,复杂结构中单元数量较多而损伤位置较少,容易造成无关变量增多,进而导致计算量过大的问题。鉴于此,本文提出一种改进的残余力向量法用于结构的损伤识别。该方法利用刚度联系向量与残余力向量之间线性相关的特性,以向量投影值作为损伤定位的影响系数,初步筛选出结构可能出现损伤的单元范围。在此基础上,构建出残余力向量对应的线性方程组,根据顺序主子式不为零的条件,对线性方程组进行行初等变换,再根据单元的数量保留前n维线性方程,通过求解该方程组的代数解可得到该结构单元的刚度损伤参数。以简支梁为例的数值模拟表明,本文方法可减少无关单元变量的计算,降低残余力向量的维度并且具有较好的抗噪能力。     

轴向力作用任意不连续梁自由振动分析的广义函数解

摘要：首先运用分布理论建立了轴向力作用下含多个不连续点的欧拉梁的自由振动的统一微分方程。不连续点的影响由广义函数（Dirac delta函数）引入梁的振动方程。微分方程运用Laplace变换方法求解;与传统方法不同的是,本文方法适用于含任意类型的不连续点和多种不连续点组合情况的梁,求得的模态函数为整个不连续梁的一般解。由于模态函数的统一化以及连续条件的退化,特征值的求解得到了极大的简化。最后,以轴向力作用下多跨梁—弹簧质量块系统模型为例验证了本文方法的正确性与有效性。