抗震结构的概率弹塑性动力设计理论与方法

本文系统地论述了抗震结构的概率弹塑性设计理论与方法（包括设计用随机地震动、结构弹塑性随机反应分析和动力可靠性分析、地震损失分析、期望破损度设计、可靠性设计和双目标优化设计）及其在工程结构（钢结构、钢筋混凝土结构和砌体结构）中的应用。     

高层建筑结构抗震弹塑性简化方法的研究及其应用

以地震反应谱理论为依据，建立了可以考虑多阶振型影响的高层建筑结构弹塑性静力分析方法。在此基础上发展了较简单且较为精确的高层建筑结构弹塑性地震反应计算方法。最后给出的算例论证了本文简化方法的可能性及可行性。     

抗震加固用消能减震结构的弹塑性时程分析研究

对用于抗震加固的消能减震结构进行了弹塑性时程分析研究,主要解决以下几个问题:确定结构的振动模型;质量矩阵和阻尼矩阵的处理;确定结构或构件在反复荷载下的力-位移关系,或恢复力特性;附加阻尼矩阵及附加刚度矩阵;阻尼器的优化布置等.提出了简化优化设计法,针对加固工程,确定控制函数.最后给出了四层混凝土框架加固工程实例分析.     

引入惯性力影响的海底埋设管线的抗震设计方法

在现有海底管线抗震规范的基础上，根据海底铺设环境的实际情况，在考虑管线惯性力影响的情况下，提出了管土动力响应的新的力学模型，侧重分析引入惯性力与土壤滑移的影响，结合实际工程参数，对考虑惯性力后的动力学方程进行了仿真计算，比较了引入和不引入惯性力两种抗震设计方法的结果，这对海底管线的抗震设计有一定的参考和实际应用价值。     

基于三线性分灾模型的结构多目标抗震优化设计

基于分灾抗震设计概念,发展了基于三线性分灾模型的结构多目标优化设计方法。以防屈曲支撑为分灾构件的框架结构为例,针对分灾构件设计参数,采用多目标遗传算法进行分灾结构多目标优化设计。最终得到了分灾框架结构分灾构件用量和层间位移角等重要特性的多目标优化关系,并进行了相关讨论。结果表明,结构多目标分灾优化模型可以综合考虑结构造价和抗震性能等,并可以根据目标偏好有效地满足设计需求;分灾构件对抗震性能的作用随着震级增大而增强,使用分灾构件的结构能够更好地抵御强震的作用。     

基于可靠度和功能的框架—剪力墙结构抗震优化设计

作为结构抗震设计的发展方向,近年来基于功能的结构抗震设计思想引起了地震工程界的广泛重视,并取得了迅速发展,其基本思想就是在充分考虑结构抗震设计中的不确定性的情况下,采用基于“投资－效益”准则和强调结构“个性”的设计,本文讨论了基于可靠度和功能的结构抗震优化设计思想,建立了钢筋混凝土呆－剪力墙结构 抗震优化设计模型,给出了结构可靠度的近似计算方法,最后计算了钢筋混凝土框架－剪力墙的算例。     

智能桁架结构最速自抗扰振动控制研究

研究新型实用的非线性自抗扰控制技术,在大型空间智能桁架结构主动振动控制中的应用.自抗扰控制技术的主要特性是采用扩张状态观测器对系统建模、未建模动态和外扰进行实时估计,并在控制信号中补偿掉,实现非线性不确定对象的动态补偿线性化.首先,基于动态补偿线性化的思想,对多变量耦合的非线性智能桁架结构的数学模型进行解耦;然后,采用扩张状态观测器和离散最速控制综合函数提出了一种新颖的最速自抗扰振动控制器.最后,对空间102杆压电智能桁架结构进行了最速自抗扰振动控制仿真研究.结果表明:本文提出的最速自抗扰振动控制器较好地解决了振动控制的准确性和快速性之间的矛盾,可有效地用于大型空间智能桁架结构的主动振动控制.     

基于混合行为博弈的多目标仿生设计方法

将多个设计目标视为不同的博弈方,通过计算设计变量对目标函数的影响因子和模糊聚类, 将设计变量集合分割为各博弈方拥有的策略空间. 对蜥蜴种群的繁衍生存机理进行仿生,将 3种蜥蜴的行为方式分别定义为利己主义、集体主义和投机主义,并赋予相应的博弈方, 各博弈方根据所仿生蜥蜴的行为特点,建立自身博弈得益函数与目标函数之间的映射关系. 各博弈方分别以自身博弈得益函数为目标,在各自的策略空间中进行单目标优化,获得本博 弈方对其余博弈方的最佳对策,所有博弈方的最佳对策形成一轮博弈的策略组合,并根据收 敛判别,通过多轮博弈,获得最终的博弈解. 以白鹤滩拱坝体型的三目标优化设计为例,设 计结果显示坝体体积方量减少了16.412万方,或2.38%; 最大主拉应力降低 了0.036MPa, 或0.31%; 整体应变能下降了0.167GJ 或4.47% 体现了基 于混合行为博弈方式的多目标仿生设计方法的有效性.     

附加黏滞阻尼器减震结构基于性能的抗震设计方法

本文以位移设计方法的概念为主,结合能力谱法提出附加黏滞流体阻尼器结构基于位移的初步设计方法.首先讨论了减震结构基于性能设计方法的实现途径并加以比较;其次定量研究了使用加速度反应谱转换为位移反应谱的条件,分析指出真实位移反应谱(均值)与转换得到的位移反应谱随着场地特征周期的增大,两者之间的差值逐渐增大;在场地条件相同的情况下,阻尼比越大两者的差异也越大.最后结合我国抗震设计规范,给出了主体结构保持弹性状态时,非迭代法确定附加黏滞流体阻尼器的减震结构设计流程.非线性时程分析结果表明该设计方法实用、有效.     

建筑结构振动控制的发展动态

介绍振动控制技术在建筑结构抗震设计中应用的发展过程，综述智能控制在建筑结构抗震设计中的应用，控制策略的非线性化分析等，最后简略讨论了建筑结构振动控制的研究方向．     

基于实验设计法的工程结构优化设计

基于实验设计法,提出了一种新的工程结构优化设计方法,这种方法将设计变量的水平值配列于正关表中,按正交表的参数组合条件进行结构解析,通过对设计变量对于目标函数值的方差分析和F检验,改变设计变量的水平值,进而通过迭代计算使设计变量趋地最优解,本文以杵架结构为计算例,验证了本方法的全局收敛性和优化精度,由于无需构建目标函数和约束函数以及微分计算,此方法具有简单而又适应广泛的优点。     

基于随机有限元的非线性结构稳健性优化设计

结合结构优化技术和摄动随机有限元方法研究了非线性结构稳健设计问题。将结构稳健性优化设计问题构造为双目标优化问题。优化目标包含结构性能函数的期望值和标准差。约束函数的变异也给予考虑,并采用基于函数梯度的算法进行求解。为对具有路径相关特征的非线性结构性能及结构响应的平均值及标准差进行分析。本文采用缩减的随机变量,提出了基于增量法的摄动随机有限元计算格式。在此框架下,进一步提出以一般泛函形式表达的结构性能的平均值和方差及其灵敏度的计算格式。为显示方法的有效性。文中给出几个数值算例。     

基于概率和非概率混合模型的结构鲁棒设计方法

讨论了同时存在概率不确定性量和非概率不确定性量时可行鲁棒性和目标函数鲁棒性的实现策略,提出了基于概率和非概率混合模型的结构鲁棒设计方法。基本做法是首先视非概率型不确定性量为参变量,按照传统概率统计的方法计算约束函数和目标函数的均值和标准方差,然后再考虑非概率型不确定性量的波动变化对约束函数和目标函数统计特征量的影响,以修正常规可行鲁棒性和目标函数鲁棒性的数学模型。所提方法应用于一个10杆桁架结构的最轻质量设计和节点位移鲁棒设计,获得了对不确定性量波动变化不敏感的设计方案。     

三河口碾压混凝土拱坝温控仿真研究

针对三河口碾压混凝土拱坝温度控制问题,综合考虑外界气温和混凝土热、力学性质随时间变化的影响,采用施工全过程仿真分析方法,动态模拟大坝碾压混凝土入仓温度、分层铺筑方式、通水冷却、后期养护等施工参数;分析了坝体温度场和温度应力场,提出了大坝温度、应力控制标准;根据计算结果及时进行温控方案的动态比较和调整,制定了具体的温控防裂要求和措施;在施工中对比实测监测数据。结果表明:坝体温度、应变的数值基本符合坝体温度控制的设计要求,证明温控措施有效。     

非确定性结构静动态特性稳健优化设计

本文研究了考虑参数随机性的结构静动态特性稳健性优化设计问题的数学模型和数值求解。在考虑结构设计变量和其研究了考虑参数随机性的结构静动态特性稳健性优化设计问题的数学模型和数值求 解. 在考虑结构设计变量和其他参数随机分布的前二阶矩的条件下,采用基于二阶摄动法的 随机有限元方法对结构响应的平均值和方差进行近似求解. 在摄动法有限元分析的框架下, 提出以一般函数形式表达的结构性能的平均值和标准差及其灵敏度的计算格式. 将结构 稳健性优化设计问题构造为双目标优化问题,优化目标包含结构性能函数的期望值和标准 差,约束函数的变异也给予考虑. 优化问题采用基于函数梯度的算法进行求解. 文中给出的数值算例显示了方法的有效性.     

基于能量法的双钢板混凝土遮弹层设计计算方法研究

为了深入探讨双钢板混凝土结构抗强冲击时后附钢板的耗能方式变化,基于最小耗能原理和无量纲化分析,反推得到了不同材料和结构尺寸下后附钢板耗能状态。结合混凝土强度极限条件,建立了兼顾塑性变形和侵彻贯穿破坏形态的后附钢板综合耗能计算公式以及后附钢板最小临界厚度解析表达式。计算结果表明,薄钢板综合耗能可达仅考虑贯穿效应耗能的4~5倍。基于能量守恒原理,提出了双钢板混凝土遮弹层防贯穿设计六步法,给出了弹体临界贯穿速度和弹体余速计算公式。该计算公式与已有钢板混凝土结构侵彻试验结果吻合较好。

     

能量函数在高拱坝动力优化设计中的应用

针对高地震区高拱坝的抗震设计 ,从高拱坝的动力平衡方程出发 ,导出了基于拱坝体型特征量的状态控制方程 ,提出了拱坝结构抗震动力优化设计的数学模型 ,建立了动力最优化的能量目标函数。应用于小湾拱坝的抗震设计中 ,动力优化方案相对于初始方案 ,在应力指标和大坝体积上均得到改善 ,体现了较好的安全性与经济性 ,表明在动力优化设计中应用能量目标函数对提高拱坝抗震能力有效可行 ,具有综合的“多目标”特征     

基于反演滑模的机动飞行器横向回路控制设计

针对再入机动飞行器模型的参数不确定性以及外界干扰对飞行器控制性能的影响,基于反演控制和滑模控制理论,结合飞行器的动态特性要求,设计了一种基于标称模型的再入机动飞行器横向回路姿态控制方案,并基于Lyapunov方法,给出了整个系统的稳定性证明。控制系统阶跃响应仿真结果表明:系统响应无超调,调节时间为0.6 s,稳态误差为1%,优于指标要求的超调量15%,调节时间1 s,稳态误差5%,证明所提方法对模型参数大范围摄动具有强鲁棒性,且在较大程度上提高了系统的动态性能,最终达到姿态指令的快速高精度跟踪效果。     

一种基于关联表的推理方法

为了研制拱坝设计专家系统,笔者曾提出一种新的知识表示方法,即关联表,用于方案生成和方案修改。本文讨论对关联表的具体推理实现,包括与其它知识表示方法的联合推理。     

基于混合网格的低声爆反设计方法研究

低声爆设计方法已成为新一代军民用超声速飞机研制过程中必须解决的关键难题之一。针对传统SGD低声爆外形反设计方法无法对声爆近场非线性效应进行描述和分析的缺点,提出了利用CFD方法求解得到的声爆近场压力分布代替F函数进行低声爆反设计的方法。声爆近场预测采用点-点对接的结构/非结构混合网格,充分利用非结构网格对复杂外形适应性强和结构化网格计算效率高的优点。结果分析表明,基于改进后的低声爆反设计方法得到的方案在声爆超压以及感觉噪声级等方面都比基于原始SGD方法得到的方案有较大改善。