非高斯随机激励下滞迟系统响应与首次穿越失效

针对由有界噪声、泊松白噪声和高斯白噪声共同构成的非高斯随机激励,通过Monte Carlo数值模拟方法研究了此激励作用下双线性滞迟系统和Bouc-Wen滞迟系统这两类经典滞迟系统的稳态响应与首次穿越失效时间。一方面,分析了有界噪声和泊松白噪声这两种分别具有连续样本函数和非连续样本函数的非高斯随机激励,在不同激励参数条件下对双线性滞迟系统和Bouc-Wen滞迟系统的稳态响应概率密度、首次穿越失效时间概率密度及其均值的不同影响;另一方面,揭示了在这类非高斯随机激励荷载作用下,双线性滞迟系统的首次穿越失效时间概率密度将出现与Bouc-Wen滞迟系统的单峰首次穿越失效时间概率密度截然不同的双峰形式。     

随机激励下滞迟系统的稳态响应闭合解

滞迟系统属于一类典型的强非线性系统,滞迟力不仅取决于系统的瞬时变形,还与变形历程有关.虽然滞迟系统的随机振动问题已被广泛研究,但至今尚未得到滞迟系统随机响应概率密度函数的精确闭合解.本文运用迭代加权残值法获得了高斯白噪声激励下Bouc-Wen滞迟系统稳态响应概率密度函数的近似闭合解.首先,运用等效线性化法求出系统的稳态高斯概率密度函数;然后以此构造权函数,应用加权残值法求得了系统指数多项式形式的非高斯概率密度函数;最后引入迭代的过程,逐步优化权函数,提高计算所得结果的精度.以随机地震激励下钢纤维陶粒混凝土结构的稳态响应作为算例,其中Bouc-Wen模型的参数是基于拟静力学试验数据,并应用最小二乘法辨识获得.与Monte Carlo模拟结果相比,等效线性化法得到的结果精度较差;由加权残值法得到的结果能够表现出非线性特征,但其精度依然无法令人满意;采用迭代加权残值法得到的近似闭合解与Monte Carlo模拟的结果吻合非常好;对于较强随机激励情形,采用渐进迭代加权残值法具有较高的求解效率,所获得的理论解析解具有较高的精度.结果表明,所获得的近似闭合解不仅对于土木工程领域具有重要的实际应用价值,而且还可作为检验其他非线性系统随机响应预测方法的精度的标准.     

同源演变随机激励下的非平稳响应

在复模态分析与演变谱分析的基础上任意点的三维坐提出了时不变线性系统的在一般演变随机的激励下的时变均方响应的一个简便实用解法。并以简化模型为例，用本方法考察了变速车辆的路面响应问题。     

非高斯结构首次超越分析的概率模型

利用Fleishman近似,通过非高斯结构动力响应的前四阶中心矩,将分布未知的结构响应过程变换为标准高斯随机过程,提出非高斯结构动力响应的平均穿越率计算公式,并考虑初始条件和群穿尺寸的影响,修正平均穿越率的计算,在此基础上,利用传统Poisson模型,建立非高斯结构首次超越分析的概率模型.算例分析表明,本文提出的概率模型可以在结构随机振动分析或试验与检测数据的基础上,分析非高斯结构的首次超越问题,并克服了传统高斯模型所固有的诸多缺点.     

剪切型非线性滞迟系统随机地震响应的虚拟激励分析

运用虚拟激励法结合等效线性化法分析了剪切型多自由度滞迟系统的平稳随机地震响应.对于滞迟等效线性系统,对每一步迭代不需要求解高阶李亚谱诺夫方程,而只须求解一个低阶复系数代数方程即可;可以只计算所需要的方差向量,因而计算效率较高.特别是对于较多自由度的滞迟系统.     

非均匀调制随机激励下系统的非平稳响应分析

基于时域复模态分析，提出一种非均匀调制随机激励下系统非平稳响应特性的解析解法，用Ｎｉｉｇａｔａ地震激励模型作了说明．算例与仿真结果吻合良好．     

三线性滞回系统的稳态响应

提出了一种三线性滞回阻尼模型。用Krylov-Bogoliubov缓变系灵敏法研究了正弦型激励下单自由度三线性滞回系统的稳态响应。当本文的三线性模型退化为双线性模型时。本文结果与Caughey的结果是一致的。研究结果还发现。这种系统的稳态解总是稳定的，没有振幅的跳跃现象发生。但在激振力力幅达到一定值时能够发生无界响应。此外还发现，稳态振动达到峰值振幅时滞回面积（即最大滞回面积）对峰值振幅的比值和激振力力幅成正比。这个结论与双非线性滞回系统的相应结论是一致的。     

非平稳随机激励下结构体系动力可靠度时域解法

将结构动力方程写成状态方程形式,采用精细积分法对其进行数值求解,导出了非平稳激励下结构随机响应的时域显式表达式,该过程的计算量仅相当于两次确定性时程分析的计算量. 基于该显式表达式,结合首次超越失效准则,提出了非平稳随机激励下结构体系动力可靠度的数值模拟算法. 与功率谱方法相比,该方法无需同时在时频域内进行大量数值积分,也无需引入关于响应过程跨越界限次数概率分布, 以及各失效模式相关性等方面的假定. 通过数值算例, 对比了该方法与泊松过程法、马尔可夫过程法、传统蒙特卡罗法的计算精度和计算效率,结果显示该方法具有理想的精度和相当高的效率.      

考虑非高斯特性的结构首次失效时间计算

本文发展了一个计算具有非高斯特性的结构首次失效时间的解析方法.该方法利用Hemite矩模型将非高斯结构反应映射为标准高斯过程,由此计算反应的平均超越率、成群超越以及初始状态的影响,并最终给出结构的首次失效时问概率.二次力函数激励下线性单自由度系统的首次失效时间分析说明了该方法的使用过程,同时对该方法的计算结果与Monte Carlo模拟结果进行了对比.     

Gauss白噪声外激下Rayleigh振子的平稳响应与首次穿越

研究了Rayleigh振子在Gauss白噪声外激下的平稳响应和首次穿越。首先利用随机平均法给出了系统随机平均It^o微分方程,对平均方程的稳态概率密度做了数值分析;然后建立了条件可靠性函数的后向Kolmogorov方程及首次穿越时间条件矩的Pontragin方程;最后对三组不同的参数值分析了首次穿越的概率统计特性。     

国际随机结构动力学会议首次在中国召开

第五届国际随机结构动力学会议于2003年8月1l日至13日在杭州西子宾馆召开.会议由浙江大学力学系固体力学研究所与美国佛罗里达大西洋大学应用随机研究中心主办.朱位秋教授与美国工程院院士Y.K.Lin教授任共同主席.与会代表59人,其中中宾(包括香港)46人,外宾13人.会议论文74篇,其中中方(包括港、台)41篇(25篇受中国国家自然科学基金资助),外方(包括美国、法国、日本等11个国家)33篇.会议论文集[1]已于2003年5月由美国     

多维相关随机激励下梁结构响应求解方法

工程结构常受到多维的相关随机激励,本文利用解析法对多维相关随机激励下结构响应的求解进行了研究.利用相关系数描述多维激励之间的相关性,基于连续体振动理论,建立了梁结构在两端受到随机相关基础激励下的响应谱计算方法.针对某导弹舱段结构,进行了相关随机基础激励下结构的随机响应仿真分析,并与有限元计算结果进行了对比.结果表明:建...     

桥梁滞变非线性随机地震响应分析

对于含有滞迟剪切型单元的复杂多自由度系统,采用Bouc—Wen微分方程模型描述非线性抗力构件的滞变特性。以虚拟激励法代替常规的Lyapunov方程法结合等效线性化技术对平稳随机激励下系统的动力响应进行求解,激励谱可为白谱或其他任意形式。不但计算效率高,而且不引入除等效线性化之外的附加误差。对不同周期单自由度体系以数值模拟法验证了算法精度。在此基础上,对一座四跨桥进行了线性／非线性分析对比,得到合理的结果。     

耦合Duffing-van der Pol系统的首次穿越问题

利用拟不可积Hamilton系统随机平均法，研究了高斯白噪声激励下耦 合Duffing-van der Pol系统的首次穿越问题. 首先给出了条件可靠性函数满足的后向 Kolmogorov 方程以及首次穿越时间条件矩满足的广义Pontryagin方程. 然后根据 这两类偏微分方程的边界条件和初始条件，详细分析了在外激与参激共 同作用以及纯外激作用等情况下系统的可靠性与首次穿越时间的各阶矩. 最后以图表形式给 出了可靠性函数、首次穿越时间的概率密度以及平均首次穿越时间的数值结果.     

结构受多点非平稳随机地震激励的响应

对结构所受的地震作用既考虑了地面运动的非平稳性，又计及了行波效应及激励点之间相干性的部分损失，给出了计算结构响应时变功率谱的虚拟激励算法。该法不仅计及了振型间的耦合项及激励间的耦合项，而且简便高效。     

迟滞系统受随机激励的响应计算

首先为随机激励设计了具有较高精度的滤波器，把迟滞系统受有色噪声激励的随机振动问题转化为由迟滞系统与滤波器组成的扩阶系统受白噪声激励的随机振动问题，然后详细论述了等效线性化法对此问题的具体求解，着重推导了高斯随机变量联合矩的递推关系和李亚普诺夫方程解法的实现，最后根据数字模拟结果分析了等效线性化法的精度和误差来源，给出了迟滞减振系统参数设计的有关建议。     

非平稳随机激励下随机结构的动力可靠性分析

针对随机结构在非平稳随机激励下的动力可靠性分析问题,提出了基于点估计法的随机结构动力可靠性分析方法.所提方法从随机结构的无条件动力可靠度公式出发,利用求解随机变量函数矩的点估计方法,导出随机结构无条件动力可靠度均值和方差的计算表达式.由于基于随机变量函数矩的点估计法具有较高的效率和精度,因而所提方法具有一定的工程意义.算例验证了该方法的可行性和合理性.     

相关演变随机激励下响应演变谱矩阵的表达式

引入演变频率响应矩阵的概念,时不变线性系统在矢量演变随机激励下的响应演变功率谱矩阵有十分简洁的形式,与平稳随机响应-激励功率谱矩阵的关系式十分相似.实质不同在于:此处的演变频率响应理应定义为零初始条件下、系统对演变复谐和激励的确定性瞬态响应.因此,演变随机响应问题就归结为相关演变复谐和激励下的确定性瞬态响应问题.响应演变谱矩阵的一般表达式覆盖了非均匀调制与均匀调制随机激励两种情形的结果.而同源演变随机激励情形只是其特例.     

线性随机结构的非平稳随机响应变异性分析

对于具有随机参数的结构受到非平稳随机激励的问题,给出了结构随机响应变异系数的虚拟激励摄动算法.它应用虚拟激励法先将随机荷载转化为确定性荷载,以使随机问题精确地转化为仅结构参数具有随机性的问题,从而将问题归结为应用随机摄动法求解单随机问题.求解过程简单高效,且有较高的精度.     

非平稳随机激励作用下多自由度体系系统动力可靠性研究

首先应用Ｐｒｉｅｓｔｌｅｙ的演变谱理论，推求了多自由度线性体系在非平稳随机激励作用下的响应演变谱密度和时变均方响应。同时结合首次超越理论，分析了在非平稳随机激励作用下，多自由度体系系统动力可靠性问题。最后讨论了确定多自由度体系系统动力可靠性上下限的问题。