粘滞阻尼器减震结构非线性随机振动的时域显式降维迭代随机模拟法

粘滞阻尼器在大型复杂结构减震设计中应用广泛。由于粘滞阻尼器的非线性阻尼力特性,粘滞阻尼器减震结构非平稳随机地震反应分析是一个典型的局部非线性随机振动问题。利用减震结构动力响应时域显式表达式的降维列式优势,仅针对与粘滞阻尼器相关的局部自由度进行非线性迭代计算,提出了局部非线性随机振动问题的时域显式降维迭代随机模拟法,为设置粘滞阻尼器的大型复杂减震结构非线性地震反应分析提供一种高效的随机振动方法。以安装了四个纵桥向粘滞阻尼器的某主跨1200m悬索桥为工程实例,开展E2水准地震激励下的非线性随机振动分析。计算结果显示,设置阻尼器后,主梁的纵桥向位移得到明显控制,降幅达到80%,大桥的关键截面内力也有5%左右的降幅。     

基于局部插值的结构动力模型降阶方法

提出了一种基于局部插值对大型结构有限元模型的特征值问题进行降阶的方法. 该方法通过局部插值将复杂结构的有限元模型中节点的位移用凝聚点的位移插值来表示, 从而得到用插值函数表示的简化基向量, 实现对结构广义特征值问题的降阶. 为了提高降阶模型的精度, 采用非协调元的插值函数作为局部插值函数来弱化凝聚后的结构刚度, 并且在有限元模型上进行逆迭代, 对得到的降阶后的广义特征值问题的特征值和特征向量进行改善. 为了提高模型降阶的效率, 采用规整网格包围整个结构生成均匀的凝聚点, 高效地确定了有限元模型中节点所依附的凝聚点. 最后, 对 3 个机床部件的模态分析验证了提出的简化方法的高效性和可行性.      

控制混沌振动的局部逆系统算法

研究用局部逆系统方法控制混沌。将逆系统控制律局部线性化建立了局部逆系统控制律关分析了在控制混沌振动中的适用性,通过数值算例与逆系统方法进行了比较并讨论了控制方案的鲁棒性。     

结构振动的非线性控制及其试验研究

本文分析了结构振动控制系统的特点，提出了一种结构振动的非线性离散控制方案，该方案仅利用受控结构的输出信号，实现容易，对结构参数变化具有一定的鲁棒性，本文还建立了一套具有浮点运算功能的结构振动计算机控制装置，并就某受控结进行了试验，试验表明，该非线性控制方案是可行的，理论结果与试验结果具有良好的一致性。     

结构非线性动力方程的精细积分算法

基于线性方程精细积分的思路,对具有惯性、阻尼、刚度非线性的动力方程及参变非线性动力方程提出了一种较高精度线性化精细积分迭代计算算法,算例表明该算法可用较大的步长取得满意的计算精度,并可在较大的线性化区间获得较高的计算精度。     

失谐弱耦合卫星天线结构振动分析及预测控制

为了研究弱耦合卫星天线结构的振动控制,建立了该结构的简化计算模型,并针对该模型研究了弱耦合卫星天线结构动力学性能的特殊性:结构失谐时的振动模态局部化现象;针对失谐前后的结构,采用预测控制方法进行了振动控制,并与二次线性最优控制(LQR)方法的振动抑制效果进行了对比. 仿真结果表明:弱耦合星载天线结构参数的微小失谐会导致结构振动产生明显的模态局部化;采用预测控制方法进行结构振动控制的效果明显优于LQR控制方法,且在失谐导致的模型失配时,预测控制方法对结构振动亦有较好的抑制;在进行此种结构的振动主动控制时必须考虑到结构失谐的影响.      

结构非线性振动及其控制系统的等效力学模型研究

研究了结构非线性振动及其控制系统的等效力学模型建立问题,对结构进行等效线性化处理;对状态变量的观测,仅测量结构的前几个位移。将随机激励和观测噪声等维化处理后,导出了结构非线性振动及其控制系统的等效力学模型。通过等效力学模型的应用研究,得出了多高层结构在风与地震作用下的多维与一维等效力学模型、等效振型力学模型及其线性力学模型,给出了等效力学模型在多高层结构自适应抗风抗震控制中的应用。     

柔性板的非线性降阶模型

柔性板是一种典型的空间结构，在外扰下易引起振动，它具有大挠度、非线性、低频模态密集等特点，目前在对柔性板的研究中都忽略了非线性的影响，获得的模型往往具有较大的误差，本文利用K—L展开式对柔性板进行模型降阶，然后采用系统辨识方法来获得低阶模型，并计算出柔性板的模态参数，实验结果表明这是一种有效的方法。     

柔性结构振动的有限目标控制

根据实际问题的背景 ,分别提出了局部状态保持和有限目标控制两个问题。首先讨论了局部状态保持问题 ,给出了一个局部状态能局部状态保持的充分必要条件 ,并说明了如何选择控制力 ,即找到一个反馈增益矩阵 ,使该局部状态满足局部关态保持的条件 ,然后提出了有限目标控制的思想 ,进行了初步探讨 ,针对一特殊情况给出一个设计方法     

适用于几何非线性气动弹性分析的结构动力学降阶模型方法研究

几何非线性是壁板颤振和大展弦比机翼气动弹性等问题的一个主要特征,在进行数值仿真分析时往往需要采用商业非线性有限元求解器,存在计算量大和耦合迭代策略不易控制等问题。本文发展了一种适用于几何非线性的结构动力学降阶模型(CSD-ROM),利用广义坐标的非线性多项式表征非线性内力,采用参数识别方法获取多项式系数,并通过增加额外的线性模态来改善模型预测精度。基于此方法,分别针对壁板颤振、切尖三角翼的CFD/CSD-ROM非线性颤振问题开展了时域响应分析。计算结果表明,通过CSD-ROM计算出的壁板颤振速度为590 m/s,颤振频率为174 Hz,与有限元结果误差分别为0.8%和1.7%。马赫数0.879时切尖三角翼的颤振动压预测结果为2.25 psi,与非线性有限元相比的误差为3.8%。本文采用的非线性和线性模态基底组合方法,在保证计算精度的基础上可有效降低训练样本数量,一定程度上可替代非线性有限元开展气动弹性分析。     

带有末端角度和轨迹路径点约束的MPSC制导律设计

针对多约束制导问题,给出了一种同时满足末端角度约束和飞行轨迹路径点约束的模型预测扩展控制制导方法,该制导方法通过满足飞行轨迹路径点约束实现灵活调节飞行轨迹,可以大大缩短目标防御反应时间。模型预测扩展控制制导方法是基于非线性最优控制理论,给出了控制量表达式以二次形式近似时制导律的设计过程。模型预测扩展控制制导方法只能对末端时刻输出量进行约束,通过对该制导方法进行扩展,使其还可以满足飞行轨迹路径点约束。仿真结果表明,考虑飞行轨迹路径点约束时,导弹经过设定的路径点并以给定的弹道倾角命中目标。     

桁架结构几何非线性问题的力密度法

桁架结构大都具有较强的几何非线;浊,受荷载后易出现较大的脯变形。提出一种基于力密度的针对桁架结构几何大变形问题的解法;引入杆件单元的力密度矩阵,推导出相应非线性方程的Jacobi矩阵;与有限单元法集成求解的思想相同,采用力密度矩阵建立结构变形后整体的精确非线性平衡方程。研究结果表明：应用Newton-Raphson迭代法求解,采用适当的迭代收敛精度可得到较精确的桁架结构位移解。     

Adaptive nonlinear model predictive control design of a flexible-link manipulator with uncertain parameters

This paper presents a novel adaptive nonlinear model predictive control design for trajectory tracking of flexible-link manipulators consisting of feedback lineariza-tion, linear model predictive control, and unscented Kalman filtering. Reducing the nonlinear system to a linear system by feedback linearization simplifies the optimization prob-lem of the model predictive controller significantly, which, however, is no longer linear in the presence of parame-ter uncertainties and can potentially lead to an undesired dynamical behaviour. An unscented Kalman filter is used to approximate the dynamics of the prediction model by an online parameter estimation, which leads to an adaptation of the optimization problem in each time step and thus to a better prediction and an improved input action. Finally, a detailed fuzzy-arithmetic analysis is performed in order to quantify the effect of the uncertainties on the control structure and to derive robustness assessments. The control structure is applied to a serial manipulator with two flexible links containing uncertain model parameters and acting in three-dimensional space.     

绳驱桁架结构伸展臂的主动振动控制

伸展臂由于受到空间温度变化和卫星机动动作的影响,不可避免地会产生振动。在阻尼较低的空间环境中,这种振动衰减较慢,影响伸展臂的正常工作。因此,合适的振动控制方法对于伸展臂的正常工作至关重要。本文采用拉绳作为作动器的空间桁架结构伸展臂,研究其作动绳上铰链串联顺序的优化和模型预测控制律的设计,这两部分内容均考虑了作动绳的单边约束和饱和约束。首先,通过ANSYS软件获取结构的模态信息;然后结合系统可控性原理和遗传算法计算出作动绳上铰链串联最优顺序;最后,在数值仿真中,通过设计的控制率对一个由四个单元组成的桁架结构伸展臂的振动控制过程进行仿真分析。结果表明,提出的作动绳串联铰链的方式能够有效抑制伸展臂的振动。     

Design method of multiple time-delay controller for active structural vibration control

An optimal control method for seismic-excited building structures with multiple time delays is investigated in this paper. The system state equation with multiple time delays is discretized and transformed into a standard discrete form without any explicit time delay by a particular augmenting for state variables. A time-delay controller is then designed based on this standard equation using the discrete optimal control method. Effectiveness of the proposed controller is demonstrated by numerical simulations. Simulation results indicate that a very small time delay may result in the instability of the control system if it is not compensated in the control design. Time delay may be compensated effectively by the proposed controller, in the mean time, an effective control may be obtained. The proposed controller is valid for both small and large time delays.     

Applying local model approach for tidal prediction in a deterministic model

In recent years, a practice of tidal prediction based on a deterministic model or by a time series forecasting model has been established. A deterministic model can predict tidal movement and capture the dynamics of the flow pattern over the entire domain. However, due to the simplification of model settings and near shore effects, the accuracy of the numerical model can diminish. Time series forecasting is capable of capturing the underlying mechanism that may not be revealed in the deterministic model simulation. However, such data‐driven forecast fails to maintain accuracy with the progress of forecast horizon. In this paper, a scheme that combines the advantages of these two methods is introduced. The model errors are forecasted to different time horizons using a data‐driven approach, and are then superimposed on the simulation results in order to correct the model output. Based on the proposed method, it is found that the accuracy is significantly improved with more than 50% of the errors removed on the average. Copyright © 2008 John Wiley & Sons, Ltd.     

既有裂缝、空洞病害隧道爆破振动安全控制标准

爆破荷载作用下,既有隧道衬砌的振动安全振速控制标准制定,大多以既有隧道完好为前提条件,不考虑病害因子对结构动力响应的影响,与实际不相符。为此,以既有新岭隧道旁拟建新隧道为工程背景,基于既有隧道衬砌裂缝和背后空洞的实际分布特征与规律,建立带裂缝与空洞的二维、三维结构模型,分析裂缝、空洞对衬砌动力响应的影响,提出以振速为指标的标准管理体系。结果表明：裂缝的最不利分布位置为迎爆侧边墙处,裂缝的存在增强了既有衬砌对S₁应力(拉应力)的响应,振速控制标准的制定应以S₁应力和裂缝径向深度为控制指标;当裂缝径向深度为(0～1/8)h、(1/8～1/2)h和＞(1/2)h（h为衬砌厚度）时,控制标准分别为12、10和8 cm/s。空洞的最不利分布位置为拱顶,空洞的存在增强了既有衬砌对S₁应力和振速的双重响应,以增强振速响应为主,振速控制标准的制定应以振速、空洞面积及纵向长度为控制指标,空洞工况下,控制标准为12 cm/s;空洞沿隧道纵向长度小于7 m时,监控范围为3～4倍纵长;空洞沿隧道纵向长度大于7 m时,监控范围为1～1.5倍纵长;纵向长度小时,倍数取大值。