振型归一化对梁结构柔度曲率损伤指标的影响

结构柔度矩阵需由质量矩阵归一化振型获得,而质量矩阵归一化振型难以直接测得,限制了柔度曲率类损伤指标的应用。为分析振型归一化方法对梁结构柔度曲率类损伤指标的影响,根据梁结构的刚度、弯矩和位移曲率的关系,建立了均布荷载作用下结构损伤前后位移曲率与损伤程度的理论表达式,实现定量分析均匀荷载面曲率结构损伤程度。提出P-范数振型归一化方法,通过均匀荷载面曲率指标推导了振型质量矩阵归一化系数差x_α与损伤程度的关系。以三跨连续梁算例对理论进行了验证,结果表明,损伤程度定量指标效果良好,不同P-范数振型归一化方法下,损伤程度的偏差可由2x_α估算;2-范数振型归一化方法的损伤识别结果与质量矩阵振型归一化结果最接近,故当无法获得质量矩阵归一化振型时,可采用2-范数归一化振型代替。     

两个自由度的单质点体系自振频率及振型计算

对于具有两个自由度的单质点体系自由振动,先假定一个振动方向,求出该振动方向的柔度系数,对柔度系数求极值,满足柔度极大值的方向即是第1振型方向,由振型正交性原理可确定第2振型.由此将两个自由度体系的计算变成了单自由度体系的计算,根据求出的柔度系数,可方便地求出自振频率.     

基于有限测点信息的结构损伤识别柔度法

利用有限测点获得结构的模态参数,提出了基于有限测点的结构损伤识别的柔度法。该方法是通过仅考虑结构柔度的灵敏度分析,以结构各自由度的损伤信息为条件,选择对结构柔度变化敏感的自由度为测点,并利用有限测点的信息提出了结构完备模态振型的重建技术。在此基础上,对柔度矩阵做关于结构物理参数变化量的一阶泰勒展开,来确定结构单元的损伤因子对结构进行损伤识别。从而实现利用结构有限测点的模态信息来识别结构的损伤,解决了测试结构的模态振型的不完整给结构的损伤诊断带来的困难。通过数值算例说明了该方法的有效性。     

基于改进灰狼优化算法的结构损伤识别

结合模态柔度矩阵、广义模态柔度矩阵和振型三个识别精度较好的指标,构造新的目标函数求解损伤识别问题。通过Nelson方法求解得到的频率与振型的导数,得到对结构刚度发生变化时更具敏感性的位置,然后在这些位置布置传感器以提取结构信息。针对原有的灰狼算法虽然全局搜索能力强,但是存在局部搜索精度差的问题,本文从初始种群和收敛因子等方面着手,改善灰狼算法的局部搜索能力及收敛速度。最后利用提出的方法,通过识别梁模型及桁架模型中的损伤单元说明本文方法的有效性。     

高速列车引起的地基振动半解析解

随着列车速度的提高,地基振动的反应越来越大。根据有限元理论、轨道动力学及地基土振动Green函数,建立了轨道-无限地基土相互作用理论分析模型。为了组装系统的动力方程,通过引入静态自由度凝聚模式来消除梁存在转动自由度。借助文献[12]的柔度矩阵定义并通过Hankel变换获得了系统的刚度矩阵,进而采用Newmark法求出了系统动力反应。最后,以瑞典X2000高速旅客列车为对象进行仿真,通过与试验结果的比较来说明本文方法的可行性。     

基于聚类算法和自由度集结的柔性结构模型降阶研究

提出了采用k-means聚类算法对动力相似自由度进行自动集结的模型降阶方法。考虑动力荷载空间分布,给出了根据模态参与系数选取原模型重要模态的方法,并讨论了次要方向自由度舍弃的方法。根据重要模态中各自由度振型值的相似性,应用聚类算法对自由度进行自动分类,从柔度矩阵元素的定义入手推导了结构矩阵显式条件下柔度法降阶的统一表达式,并证明了降阶模型的正定性、对称性及正交关系。最后通过一榀40层混凝土框架结构模型由240自由度降阶为8自由度的算例,说明了柔度法降阶的有效性及降阶模型评判指标的合理性。     

弹塑性有限元的一些解法比较

1.弹塑性有限元分析的基本公式根据von Mises 屈服准则和Prandtl-Reuss塑性流动律,可以导出弹塑性阶段的应力增量-全应变增量之间的本构关系:{dσ}=[D_(eP)]{dε} (1)其中{dσ}为应力增量列阵,{dε}为应变增量列阵,[D_(eP)]为弹塑性系数矩阵,它的表达式为:其中(?)为有效应力,[D_e]为弹性系数矩阵,H=(?)/((?)~p)为有效应力和有效塑性应变曲线的斜率.增量形式的平衡方程为:[K]{△u}={△P} (3)其中[K]为总体刚度矩阵,{△u}为位移增量列阵,{△P}为外载荷增量列阵.2.几种解法方程(3)是非线性的.对于一般问题,精确求解比较困难.目前,一般都用近似法来求解.下面介绍几种解法.     

高层建筑结构分层模型弹塑性动力分析

1.概述输入地震波对高层建筑结构进行弹塑性动力分析能反映出地震过程中结构的动力特性.多质点体系(图1)在动力荷载作用下的振动方程为:[M]{(?)}+[C]{(?)}+[K]{(?)}=-[M]{(?)} (1)式中{x}、{(?)}、{(?)}——质点的位移、速度、加速度向量;[M]、[C]、[K]——质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵;{(?)}——地面加速度向量.方程(1)是二阶微分方程组,按已知的地震加速度记录(?)(t)对时间t 求解这方程组,便可求得地震过程中各质点在每一时刻的位移、速度和加速度,从而计算结构的内力.     

有阻尼振动系统的自由界面子结构综合法

研究了阻尼振动系统的自由界面子结构综合法.为了在最终给出的系统综合方程中考虑剩余柔度矩阵的影响,本文利用质量矩阵、阻尼矩阵和结构保留模态矩阵构造了一种与保留模态矩阵加权正交的矩阵.在计算自由-自由结构的剩余柔度矩阵时,通过这种加权正交矩阵能够避免直接对子结构刚度矩阵的求逆运算.在此基础上提出了一种新的有阻尼振动系统的自由界面子结构综合法.算例分析表明,本文的方法具有很高的计算精度.     

海洋平台导管架结构分析中管节点局部柔度的等效单元

本文建立了一种在海洋平台导管架有限元分析中代表管节点局部柔度的等效单元,可有效地反映管节点在轴力和弯矩作用下的局部变形性质,并导出了T型、Y型以及K型管节点的局部柔度等效单元的刚度矩阵。本文建立的等效单元可方便地与通用结构分析有限元程序(如SAP5)配合,对海洋平台导管架进行计及管节点局部柔度的精确静动力分析。作者编制了与SAP5配合使用的前处理程序,可自动生成符合SAP5输入格式的等效单元读入刚度矩阵的数据。文中给出了说明等效单元应用方法的简单算例。与有限元法计算的结果比较表明,用等效单元模拟管节点的局部柔度是必要的和准确可行的。     

结构力学教学核心概念的精细研究1）--以力法为例

平衡、约束、柔度等是力学理论的基本核心概念,本文旨在建立一种更为强调核心概念精细分析与理解的教学理念,而不仅仅重视求解题目.分析了两个教学案例：一是对称结构的柔度矩阵可逆性证明,利用实功恒为正值这一原理推导出柔度矩阵行列式恒不为零的结论;二是力法求解桁架结构时切断和拆除同一杆件,典型方程及柔度系数发生变化,从而显示出基本方程的物理意义、广义位移等概念,这种精细研究对深入理解算法机理具有重要作用.探讨了力学概念精细研究对于教学的重要性.     

关于精确结构静力重分析法的注记

结构重分析是与结构优化设计紧密相关的分析环节。位移约束条件、载荷与单元刚度矩阵可修改的精确结构静力重分析是较新的一种方法，文献[1,2]提出其结构静力重分析的列式，这一重分析方法被多篇综述文章引用。本文从另一角度推导结构修改的基本方程，并给出广义柔度矩阵的简便可行算法，推导过程简单明了，力学意义明显。     

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     

一种桁架结构损伤识别的柔度阵法

利用试验获得的一阶模态参数,提出了一种桁架结构损伤识别的柔度阵法,应用有限元方法柔度阵,建立结构振动特征方程,结构损伤后,引起柔度阵发生改变,从结构振动特征方程出发,对柔度矩阵做关于结构物理参数变化量的一阶泰勒展开,可以确定结构物理参数的变化量,识别结构损伤部位及损伤程度,通过一个桁架结构损伤识别的数值模拟证明了该方法的有效性。     

结构力学教学核心概念的精细研究——以力法为例

平衡、约束、柔度等是力学理论的基本核心概念,本文旨在建立一种更为强调核心概念精细分析与理解的教学理念,而不仅仅重视求解题目.分析了两个教学案例:一是对称结构的柔度矩阵可逆性证明,利用实功恒为正值这一原理推导出柔度矩阵行列式恒不为零的结沦;二是力法求解桁架结构时切断和拆除同一杆件,典型方程及柔度系数发生变化,从而显示出基本方程的物理意义、广义位移等概念,这种精细研究对深入理解算法机理具有重要作用.探讨了力学概念精细研究对于教学的重要性.     

基于局部模态的约束子结构模型修正法

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.     

利用线性模型估计的传感器优化布置算法

提出了一种基于线性模型估计的传感器布置算法.首先根据线性模型估计理论,将待监测的目标模态振型视为线性模型的设计矩阵;然后利用奇异值分解的算法,将设计矩阵分解,根据分解的前几个左奇异向量来计算各个自由度对于目标模态振型的贡献;用迭代算法来求出最优的传感器布置方案;最后,用两个算例表明该方法的有效性.     

杆、梁差分离散系统的柔度矩阵及其极限

本文导出了任意边条件的杆和悬臂梁、简支梁的格林函数及杆、梁离散系统的柔度矩阵，验证了柔度系数和格林函数之间的极限关系     

基于高次广义柔度灵敏度的结构损伤识别

柔度矩阵可以由结构的低价模态近似计算获得，因此被广泛用于结构的模型修正和损伤识别中。由普通柔度派生而来的广义柔度，可以由低价模态数据更加精确的获得，且随着广义柔度次数的增高其精度越高，往往只需要第一或二阶模态数据即可获得很准确的高次广义柔度。因此，广义柔度灵敏度方法自提出以来受到广泛关注。本文详细研究了基于高次广义柔度灵敏度的损伤识别计算方法，研究中发现，利用广义柔度灵敏度进行损伤识别计算时，并非越高次的广义柔度其识别结果越准确，随着广义柔度次数的增加，损伤识别结果精度呈现出先提高但随后显著降低的趋势。究其原因在于，虽然随着广义柔度次数的增加，广义柔度本身的精度更高，但与之相应的灵敏度方程组系数矩阵的条件数却也显著增大了，即方程组的病态性反而更加严重了，这导致了基于高次广义柔度计算所得的损伤参数的精度反而不如低次广义柔度的情况。因此，本文的研究表明，工程中利用广义柔度进行模型修正或损伤识别时，一般采用一次广义柔度或二次广义柔度即可，且计算中为了克服方程组的病态性和数据噪声的不利影响，本文提出了一种反馈奇异值截断法，能够明显提高计算精度，获得较准确的识别结果。     

一种高效率弹塑性有限元分析新方法：增量杂交／混合修正弦线模量法

本文在文献[1]给出的放松应力增量平衡约束的修正余能广义变分原理基础上,提出一种高效率的弹塑性有限元分析的新方法——增量杂交/混合修正弦线模量法。该法保持了文[1]方法的全部优点,而在迭代过程中,依据材料的单向拉伸应力—应变关系,不断改变过渡区和塑性区单元柔度矩阵和塑性矩阵中的弹性模量;并在体积压缩模量不变假设下,相应地改变过渡区单元矩阵中的泊松系数。从而大大降低了迭代收敛次数和单刚计算量,提高了多类变量弹塑性有限元分析的计算效率和收敛精度。