一种结构参数识别的两阶段方法

针对测量信息不完备的剪切型结构 ,建立了一种两阶段系统识别的复合反演方法 ,这种方法包括两部分 :子结构地震动反演和结构参数识别。首先 ,选取可观测的子结构 ,利用一维地震动作用于结构的力学特性 ,将子结构动力方程的有限元列式进行变换 ,得到适合于最小二乘法的简单形式 ,解决了测量信息不完备及结构参数未知条件下的地震动反演问题。其次 ,根据子结构反演得到的地震动输入 ,采用结构参数时域识别技术中的加权整体迭代 -广义卡尔曼滤波器方法 ,成功地识别出了有限测量条件下单元水平结构参数     

基于虚拟响应信号的结构参数时域辨识研究

在充分考虑线性动力系统的时域响应特性以及小波包分析的频率空间剖分特性的基础上,提出了一种基于虚拟响应信息提取的信号去噪新方法.虚拟响应虽然没有在结构动力检测过程中真实发生,但却是在某种激励下可以实现的一个响应,因此,根据虚拟响应信息同样可以进行结构系统的动力识别.数值研究表明,对于地脉动响应这种有效信号频带与噪声频带相互覆盖的低信噪比信号而言,小波阈值去噪法已无能为力,而基于虚拟响应信息提取的信号去噪方法则有较好的去噪效果.     

超高层建筑风荷载及风致响应的同步反演方法研究

基于离散型卡尔曼滤波及泰勒级数展开提出了一种超高层建筑风荷载的反演算法。该方法利用有限测量的结构响应能够实现结构未知风荷载及风致响应的同步实时反演。通过典型超高层建筑的风洞试验和现场实测结果验证了该方法的准确性。首先利用风洞试验得到的位移、速度、加速度响应反向识别了该超高结构的风荷载,系统地评估了结构模态参数误差、振动模态数、噪声水平等因素对风荷载反演的影响,发现新的反演算法对结构模态参数误差和测量噪声不敏感,考虑结构前四阶振动模态则可获得准确的荷载识别结果。并且基于台风期间实测位移响应识别了该超高结构的风荷载,实测位移反演的风荷载与风洞试验结果基本一致。研究结果表明,本文提出的反演方法是一种识别超高结构风荷载的有效工具。     

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根据实际工程中风载作用下导线传给输电塔的荷载特征，利用随机参数结构受随机激励响应的模型，计算了输电塔脉动位移的统计值．     

输电塔-线体系脉动风振耦合分析

为了研究脉动风引起的结构风致响应,以一塔二线输电塔-线体系为对象,模拟了不同风向角下风荷载导致的结构时程响应．以Davenport风速谱为验算目标来模拟脉动风场,在平均风速的基础上施加脉动风动力时程荷载,分析风向角分别为0°、90°和45°时输电塔-线体系的风振时程响应．依据三种工况下结构中的位移及内力分布情况,分析了主要构件的强度及稳定性,并与基于规范得到的结果进行比较．结果表明,当输电塔层数小于6时,按规范方法计算的强度应力均比按单向流固耦合(Fluid-Solid Interaction, FSI)方法计算的强度应力大;当层数大于6时,按规范方法计算的强度应力与按FSI方法计算的强度应力相当;在45°和90°风向角工况下,按规范方法计算的部分层数的强度应力略小于按FSI方法计算的强度应力．考虑到脉动风的随机性大,建议适当增加风振荷载系数,以确保输电塔-线结构体系的强度安全性．     

灰色系统模型在结构损伤识别中的应用

开发结构健康监测系统是结构损伤识别的一个重要课题。由于建筑结构具有很多不确定因素，通过模态分析识别结构损伤的精度很难保证。本文提出一种灰色系统模型应用于结构损伤识别的方法。建立频率变化率和刚度变化的灰色系统模型，把一阶单变量的灰色模型(M(1，1))作为频率变化率和刚度变化之间的系统，通过一阶单变量的灰色模型(M(1，1))预测来体现结构动力指纹的整体功能，确定频率变化率和刚度变化之间的关系变量。为了验证理论，对多种工况进行了框架结构模型的振动试验并对结果进行了分析。试验结果表明：对于层间剪切结构，通过测量结构频率变化，建立的灰色系统模型可以较准确地确定结构的损伤位置和损伤程度，并使识别精度得到有效提高。     

悬停状态下无铰式旋翼动力学参数试验研究

旋翼结构参数及动力学参数对旋翼动力学特性有着重要影响。随着旋翼结构型式的不断更新,在旋翼设计中需要考虑的动力学参数也相应增加,从而使旋翼的动力学问题更加复杂化。本文通过在２米旋翼试验台上进行的试验,用测量桨叶频响函数和稳态响应的方法研究了悬停状态预锥角、预掠角和总距角等旋翼结构参数对桨叶固有特性及气动弹性稳定性的影响规律,并同计算结果进行了比较,得到了一些对旋翼设计有实用意义的结论     

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.     

核反应堆吊篮流致随机响应研究

讨论反应堆吊篮结构在流体脉动压力作用下的随机响应。基于吊篮缩比模型的试验实测流体脉动压力时程数据，建立了吊篮结构随机响应的模态分析方法，并以秦山核电机组吊篮结构为例进行了算例。     

结构横风向非平稳随机振动的矩分析

将双方向脉动风速引入到气动力中，从而得到结构横风向运动的非平稳随机振动方程．运用随机微分理论和矩方程理论，得到结构截面横风向运动时的一阶矩和二阶矩的微分方程．通过数值方法，得到结构截面横风向随机振动的时程曲线．通过研究不同地貌和不同方向脉动风速对结构响应的影响，得出脉动风速及其非线性耦合项对结构横向振动具有不可忽视的影响的结论。     

黏弹性层合悬臂薄壁圆柱壳的模态特性研究

基于薄壳理论和黏弹性理论, 得出了黏弹性层合悬臂薄壁圆柱壳模态特性的半解析解. 根据乐甫薄壳理论, 建立了基层和黏弹性阻尼层薄壁圆柱壳的一阶状态微分方程, 结合黏弹性阻尼层的变形协调关系和层间作用力关系, 利用传递矩阵法得出了整体结构的传递矩阵, 采用高精度的精细积分法得出了固有频率、模态损耗因子和三维模态振型, 最后通过有限元法进行了比较, 通过算例验证了传递矩阵法对黏弹性层合薄壁圆柱壳模态特性研究的有效性.     

EIGEN THEORY OF VISCOELASTIC MECHANICS FOR ANISOTROPIC SOLIDS

Anisotropic viscoelastic mechanics is studied under anisotropic subspace. It is proved that there also exist the eigen properties for viscoelastic medium. The modal Maxwell's equation, modal dynamical equation (or modal equilibrium equation) and modal compatibility equation are obtained. Based on them, a new theory of anisotropic viscoelastic mechanics is presented. The advantages of the theory are as follows: 1) the equations are all scalar, and independent of each other. The number of equations is equal to that of anisotropic subspaces, 2) no matter how complicated the anisotropy of solids may be, the form of the definite equation and the boundary condition are in common and explicit, 3) there is no distinction between the force method and the displacement method for statics, that is, the equilibrium equation and the compatibility equation are indistinguishable under the mechanical space, 4) each model equation has a definite physical meaning, for example, the modal equations of order one and order two express the volume change and shear deformation respectively for isotropic solids, 5) there also exist the potential functions which are similar to the stress functions of elastic mechanics for viscoelastic mechanics, but they are not man-made, 6) the final solution of stress or strain is given in the form of modal superimposition, which is suitable to the proximate calculation in engineering.     

Seismic Evaluation of Multi-Storey RC Frame Using Modal Pushover Analysis

The recently developed pushover analysis procedure has led a new dimension to performance-based design in structural engineering practices. With the increase in the magnitude of monotonic loading, weak links and failure modes in the multi-storey RC frames are usually formed. The force distribution and storey displacements are evaluated using static pushover analysis based on the assumption that the response is controlled by fundamental mode and no mode shift takes place. Himalayan-Nagalushai region, Indo-Gangetic plain, Western India, Kutch and Kathiawar regions are geologically unstable parts of India and some devastating earthquakes of remarkable intensity have occurred here. In view of the intensive construction activity in India, where even a medium intensity tremor can cause a calamity, the authors feel that a completely up-to-date, versatile method of aseismic analysis and design of structures are essential. A detailed dynamic analysis of a 10-storey RC frame building is therefore performed using response spectrum method based on Indian Standard Codal Provisions and base shear, storey shear and storey drifts are computed. A modal pushover analysis (MPA) is also carried out to determine the structural response of the same model for the same acceleration spectra used in the earlier case. The major focus of study is to bring out the superiority of pushover analysis method over the conventional dynamic analysis method recommended by the code. The results obtained from the numerical studies show that the response spectrum method underestimates the response of the model in comparison with modal pushover analysis. It is also seen that modal participation of higher modes contributes to better results of the response distribution along the height of the building. Also pushover curves are plotted to illustrate the displacement as a function of base shear.     

模态分析与动态子结构方法新进展

综述在模态分析与动态子结构方法研究的一些最新进展.首先回顾经典的位移展开定理和模态叠加原理.为了加速经典方法的收敛速度、提高计算效率, 进一步介绍两个新的结构位移展开定理(采用固定界面模态的位移展开新定理, 给出采用低阶固定界面模态的高精度位移展开式;采用混合模态的位移展开新定理, 给出采用低阶混合模态表示的高精度位移展开式)和相应的动力学新解法.相应上述3个位移展开定理, 介绍采用解析推导的方法构造出3类动态精确子结构方法, 各种子结构模态综合法实质上都是它们的某种近似与变化形式, 从而形成系统的动态子结构分析技术.上述介绍的模态分析与动态子结构方法新进展与经典模态分析技术一起形成结构动力学分析技术的系统理论.      

分布振子复合板的模态阻尼及多点激励下阻尼减振相关性

分布阻尼振子可拓宽结构减振频带,因此可将振子分布于板中以形成复合板（简称“分布振子复合板”）,进而实现较宽的减振频带．对于多点支撑处受到宽频非一致激励（例如在不同激励点处的激励频率、幅值与相位有差异）的分布振子复合板,目前还缺乏有效简便的优化控制指标．在作者之前的研究中,针对含分布振子的梁推导了基于模态应变能的模态阻尼计算理论,讨论了模态阻尼与单点激励下梁的减振效果的相关性,并应用于宽频减振设计优化．本文进一步将模态阻尼计算理论推广到分布振子复合板,并将研究从梁的单点激励扩展到板的多点非一致激励下的阻尼减振相关性．首先,在利用模态应变能法推导得到分布振子复合板的模态阻尼计算公式后,从理论上讨论了不同边界条件与模态阶次对计算结果的影响,以及计算理论的适用性．而后,进一步通过有限元参数分析了边界条件、频率比、模态阶次与质量比的影响．最后,通过算例分析了无振子板或分布振子复合板在四个激励点具有多种幅值与相位组合情况下的稳态响应．结果表明,推导的模态阻尼计算公式可正确预测不同边界条件下的模态阻尼,且理论预测的模态阻尼与基板的稳态平均加速度减小率、稳态峰值应变能减小率均有较高的相关性．     

组合结构振动的等效阻尼比

本文采用滞后阻尼的假定，在获得组合结构含有滞后阻尼系数的复频率方程后，进而导出了一种分析组合结构体系效阻尼比的方法，只要在实数范围内，采用通常的特征值方法或所选用２的软件。便可获得各种组合结构任一阶等铲阻尼比，简单且实用，本文最后给出了一个组合悬臂结构和组合高层建筑筒体结构的实例。     

空间结构耦合模态控制及实验研究

智能结构以主动元件为传感器和驱动器,根据结构的动态响应和控制要求,自适应地改变结构的动态性能,实现结构特性的自调节功能,以增强结构适应于外界环境变化的能力.结构振动主动控制方法中常用的模态空间控制方法,就是将系统方程转化到模态坐标下,从而得到内部解耦的以模态坐标表示的方程组,然后根据一定的控制方法,计算出模态控制力,实现实时控制.该方法计算简单,效率高,能满足实时控制的需要.本文根据一个三层智能结构主动控制实验,介绍了耦合模态控制理论及实现方法,设计并阐述了压电主元杆件的工作原理,根据Riccati方程得到了主元杆件的最优布置.通过对实验数据运用五点滑动平均平滑法进行处理分析及频谱分析可以看到,智能结构通过主动控制,对相应的控制模态位移及加速度有很大的抑制作用,对应的模态阻尼系数得到了不同程度的提高.     

On modelling and linear vibrations of arbitrarily sagged inclined cables in a quiescent viscous fluid

A theory of free linear vibrations of arbitrarily sagged inclined cables in a viscous fluid is presented in the framework of the heavy fluid loading concept. The static equilibrium shape of the cable is found by using the model of inextensible catenary and the validity ranges of this approximation are assessed. The dynamics of the viscous fluid is described by the linearised Navier–Stokes equations and their solution is pursued analytically by formulating the fluid field variables via potential functions. The vibration problem of a submerged cable is solved by Galerkin's method and the modal added mass and modal viscous damping coefficients are calculated. As a prerequisite for this analysis, the free vibrations of a cable in vacuum are addressed and a very good agreement with known results is observed. The physical interpretation of the dependence of modal added mass and modal damping coefficients on the ‘design variables’ for a fluid-loaded cable is given and the possible extensions of the suggested theory to capture weakly nonlinear effects are highlighted.     

High-order layerwise mechanics and finite element for the damped dynamic characteristics of sandwich composite beams

A high-order discrete-layer theory and a finite element are presented for predicting the damping of laminated composite sandwich beams. The new layerwise laminate theory involves quadratic and cubic terms for approximation of the in-plane displacement in each discrete layer, while interlaminar shear stress continuity is imposed through the thickness. Integrated damping mechanics are formulated and both laminate and structural stiffness, mass and damping matrices are formed. A finite element method and a beam element are further developed for predicting the free vibration response, including modal frequencies, modal loss factors and through-thickness mode shapes. Numerical results and evaluations of the present model are shown. Modal frequencies and damping of sandwich composite beams are measured and correlated with predicted values. Finally, parametric studies illustrate the effect of core thickness and face lamination on modal damping and frequency values.     

基于Welch法的协方差随机子空间方法的模态参数识别

对工程结构进行环境激励下的模态参数识别具有重要意义,而随机子空间法作为适合环境激励下模态参数识别的时域方法,由于噪声和复杂激励的原因,会产生虚假模态、真实模态遗漏、系统自动定阶难和计算效率等问题,这些问题阻碍了该方法在实际工程中的广泛应用.本文提出了基于Welch法的随机子空间方法,通过Welch法对振动响应在频域进行去噪、降低环境激励和其他不确定性因素影响的处理,把结构固有模态从噪声和激励频率中突显出来,形成富含更多结构模态的Toeplitz矩阵,然后进行奇异值分解和状态矩阵计算,最后进行特征值分析.为了实现自动定阶,对不同奇异值分量构建的状态矩阵得到的特征参数,进行模糊C均值聚类分析和模态的平均相位偏移分析,剔除虚假模态,实现结构模态参数的自动识别.并把本文所提出方法应用于一座大跨悬索桥的实测加速度响应分析,和一座七十层的高层建筑的加速度响应分析,跟频域分解法、传统随机子空间法和基于相关分析的随机子空间法的计算结果进行了比较,发现基于Welch方法的随机子空间法相比于传统随机子空间法和基于相关分析的随机子空间法,在避免模态遗漏和计算效率方面有显著提高,而相对于频域分解法则在自动识别...