饱和地基上基础动力阻抗函数的一种分析方法

提出了一种基础阻抗函数的时域求解方法, 并用于饱和地基情形. 通过给基础输入脉冲位移, 应用集中质量显式有限元方法结合局部透射人工边界, 得到地基施加于基础的反力时程, 然后根据阻抗函数的定义, 应用傅立叶变换求得基础阻抗函数. 通过算例, 与 Halpern 的结果进行了对比, 验证了该方法的有效性. 并以一方形基础为例, 分别讨论了泊松比、孔隙率、渗透系数和埋深对无量纲动力柔度的影响. 与以往方法相比, 该方法可以考虑复杂地基情形和不规则基础形式.      

二阶非定常多宗量热传导反问题的正则解

引入Bregman距离函数及其加权函数作为正则项,应用Tikhonov正则 化方法,对二阶非定常多宗量热传导反问题进行求解. 利用测量信息和计算信息构造最小二 乘函数,将多宗量反演识别问题转化为一个优化问题. 空间上采用8节点等参元进行离散, 时域上采用时域精细算法进行离散,建立了二阶非定常多宗量热传导问题的有限元正/反演数 值模型. 该模型不仅考虑了非均质和参数分布的影响,而且也便于正反演问题的敏度分析, 可对导热系数和边界条件等宗量进行有效的单一和组合识别. 给出了相关的数值验证,对信 息测量误差以及不同正则项的计算效率作了探讨. 数值结果表明,该方法能够对二阶非定常 多宗量热传导反问题进行有效的求解,并具有较高的计算精度.     

考虑土-结构相互作用下桥梁震动的半主动控制研究

研究了考虑土-结构相互作用下桥梁结构的MRD半主动震动控制.将桥梁结构简化成14自由度模型,作动器布置在桥台和主梁之间.采用子结构方法考虑土-结构之间的相互作用.为简化计算,地基阻抗函数采用与激励频率无关的时域阻抗函数.分别用LQR和H_∞控制算法控制桥梁结构的响应.研究表明:在场地土较弱时,土-结构相互作用明显改变结构的动力特性,对桥梁结构的MRD半主动控制的控制效果有重要的影响;控制理论设计的控制器更具有鲁棒性,在剪切波速较大时,控制效果和LQR半主动控制接近;在剪切波速较小时,仍然对桥梁结构有控制效果,而LQR半主动控制的控制效果变差,甚至是增大结构的响应.     

粘性阻尼土中变截面桩的纵向振动特性与应用研究

考虑土体轴对称波动效应,对变截面桩在任意激振力作用下的纵向振动特性进行了研究。假定桩为竖直、弹性、变截面体,土为线性粘弹性体,其材料阻尼为粘性阻尼。利用拉普拉斯变换,将定解问题转化到拉普拉斯域内求解,通过引入势函数并结合阻抗函数的传递性,得到了拉普拉斯域内的桩顶阻抗函数解析解,进而可得到频域内的桩顶阻抗函数和速度导纳的解析解,利用卷积定理和傅里叶逆变换,求得了半正弦脉冲激振力作用下桩顶速度时域响应半解析解。基于所得解对桩的纵向振动特性进行了分析,重点讨论了桩身截面变化情况对速度导纳曲线和反射波曲线的影响,得到了许多重要结论。     

横观各向同性层状场地中的单桩横向动力阻抗函数

本文采用横观各向同性层状弹性模型，模拟半空间上的层状场地，用阻尼器模拟透射边界代替半空间以吸收能量。利用薄层元素法和于结构法，并利用在这种边界下受水平简谐荷载作用下的格林函数，推导了这种场地中竖直单桩在水平—摇摆简谐荷载作用下的横向动力阻抗函数，并用实例计算了不同横观各向同性性质场地下的动力阻抗函数，并由此分析了场地的横观各向同性性质的强弱对单桩的横向动力阻抗函数所将产生的影响。计算表明：弱横观各向同性场地对阻抗函数的影响很小，以至可以忽略这种影响；而强横观各向同性场地对阻抗函数的影响较大，必须考虑其影响。另外，桩头约束的存在与否，对单桩的横向阻抗函数值也有较大的影响，桩头有约束的阻抗函数值要明显大于无约束的阻抗函数值。     

用薄层法分析层状地基中各种基础的阻抗函数

薄层法是分析和模拟弹性波在层状介质中传播的一种半解析半数值方法.采用薄层单元和傍轴边界分别模拟层状地基和弹性半空间.利用薄层法位移基本解和容积法推导了层状地基中基础-地基动力相互作用方程及块式基础、桩基础和承台群桩基础阻抗函数的统一计算公式.通过计算半无限弹性地基中桩基础、块式基础和二层地基上基础的阻抗函数验证了方法的适用性.进而计算了某实际层状地基中承台群桩基础的阻抗函数,并与试验结果进行对比,两者吻合较好.本文方法可用于分析弹性层状地基中各种基础的阻抗函数.     

改进的时域多点激振复指数结构模态识别方法

本文提出了一种改进的时域多点激振总体结构模态参数识别算法.介绍了本方法的理论背景及算法的理论基础,阐明了各时域方法,如多点激振复指数方法(PRCE),特征系统实现算法(ERA),Ibrahim时域(ITD)方法等,之间的内在的联系.针对PRCE方法固有的缺陷,即对于随机噪声的高度敏感性和模型参数估计的偏度误差等,提出了利用时域滤波预处理技术,以减少原始数据中随机噪声的影响,在模型参数的求解过程中,采用了总体最小二乘算法以使模型参数估计的偏度误差极小化.和PRCE相比,不仅精度改善,且大大减少了估计问题的规模,对所需计算阶次的判断也更加可靠和简单.同时亦改进了留数的估计方法,由于考虑了时域剩余项而提高了精度.最后,给出了几个计算实例.     

含立方刚度和滞回的隔振系统动力学特性分析 1)

包含立方刚度和Bouc-Wen 型滞回的隔振系统具有复杂的非线性动力学特性。系统无阻尼响应模型可基于无滞回恢复力建立,利用谐波平衡法和泰勒展开求得近似解析解。系统有阻尼响应模型可利用解析/数值联合方法求解,该方法基于谐波平衡法和Levenberg-Marquardt 迭代算法,对于滞回产生的多值非光滑函数项,先计算时域响应再通过快速傅里叶变换求解谐波项系数。上述方法在含水平绞制梁的非线性隔振系统分析中得到有效应用。分析表明,在Bouc-Wen 型滞回和立方刚度的综合影响下,隔振系统呈现渐软–渐硬特性,滞回阻尼和线性阻尼都可以有效抑制共振,但前者高频隔振效果优于后者。     

层状地基中埋管地基阻抗函数的分析方法

本文首先利用波函数展开法推导了弹性半空间中埋管的地基轴向阻抗函数计算公式.然后采用层状地基中无限长线激振荷载薄层法基本位移解,结合容积法求解了层状地基中埋管的地基轴向、垂直及水平阻抗函数.分别用两种方法计算了弹性全空间、弹性半空间地基内埋管的地基轴向阻抗函数,两者的计算结果符合良好,验证了用薄层法求解的可行性.本文还利用薄层法分析了弹性半空间内埋管的埋深对地基水平、垂直及轴向阻抗函数的影响;计算了弹性半空间内埋管的轴向刚度系数并与我国及日本的相关规范对比分析;计算分析了上海典型层状地基内地铁隧道的地基阻抗函数.     

黏性阻尼系统时域响应灵敏度及其一致性研究

时域响应灵敏度分析是时域梯度优化算法的基础. 灵敏度分析通常只涉及对设计变量的微分运算, 但时域响应灵敏度问题还涉及时间域的离散化. 因此, 微分和离散的先后顺序可能对时域响应灵敏度结果产生影响. 针对黏性阻尼系统时域响应灵敏度求解问题, 基于改进精细积分方法, 分别推导了先微分后离散和先离散后微分两种伴随变量方法. 其中, 先微分后离散法首先对由伴随变量构造的增广函数微分, 再利用改进精细积分方法在各离散时间点求解时域响应灵敏度; 而先离散后微分方法则首先在各离散时间点引入残值方程构造增广函数, 再对各增广函数进行微分以求解时域响应灵敏度. 通过数值算例验证了所提出方法的有效性和准确性, 并与传统基于Newmark的方法进行比较. 结果表明, 积分方案、数值离散误差以及离散和微分的先后顺序共同影响灵敏度的一致性误差. 综合考虑精度、效率和一致性问题, 基于改进精细积分的先微分后离散伴随变量法表现更优, 最适合应用于黏性阻尼系统时域梯度优化算法.      

非均质土层下基桩的动力稳定性研究

本文根据桩在轴向谐振力作用下，探讨了非均质层下基桩的动力稳定性问题，分析了各种地基土横向抗力系数K以及桩的几何特征，激振频率，桩土阻尼对桩动力稳定性的影响，结果表明，随地基土层的不同，基桩的动力不稳定区域将发生不同的变化，随桩径，桩长的增大，基桩的动力不稳定区域将逐渐减小，表明地基土的横向抗力对桩的动力稳定性起加强作用，桩土阻尼对基桩的动力稳定性影响较大，得出了一些有价值的结论，可为工程设计提供参考依据。     

变截面梁动力响应的频域传递矩阵计算方法

为提高变截面梁振动分析的计算效率,提出了基于频域传递矩阵法的动力计算算法．首先,选择线速度、角速度、弯矩和剪力作为求解变量,通过Laplace变换将变截面梁的动力响应时域偏微分方程转换为频域常微分方程;然后,通过求解频域方程并结合协调和边界条件建立变截面梁的频域传递矩阵;通过构造傅里叶级数展开形式的时域响应函数,对变截面梁传递矩阵方法求解的频响函数进行Laplace逆变换,建立了变截面梁的固有特性计算和时域瞬态响应计算方法,最后,借助数值仿真软件,开发了变截面梁动力响应分析的计算程序．完成对算例的仿真计算和分析,并与有限元计算结果进行对比,数值结果验证了该方法的正确性和有效性．     

拱坝-地基动力体系的简化计算模型及其在地震作用下的动力反应分析

通过对拱坝地基的半无限空间动力体系的分析,提出了拱坝－地基动力相互作用问题的简化求解途径,并结合小湾拱坝进行了实际分析。结果表明,这种直接应用于时域求解的简化模型,既反映了影响相互作用的主要因素,又使计算工作量大大减少,结果可靠合理,便于工程上的推广应用,同时为进一步进行非线性体系在时域中的简化计算打下了基础。     

FBRE系统偏心力下的功率流特性及主动控制

利用机械阻抗方法推导了偏心力作用下，机器－隔振器－柔性板基础所组成的FBRE隔振系统的动态传递方程。以传递到柔性板基础的功率流为目标函数，通过计算机仿真计算，研究了在对称系统中偏心力作用下的功率流特性，分析了和对称力、力矩作用效果的不同和联系，并探讨了主动控制策略的效果。     

Dispersive bending waves in uniform bars

The traveling bending waves in a long beam of rectangular cross section were measured and calculated. The bending waves were induced by impacting with a steel sphere and measured with strain gages at several distances from the point of impact. The impact force was calculated as a function of time by integrating the dynamic equations of the sphere and the beam. The force spectrum was then found using a fast-Fourier-transform (FFT) calculation and multiplied by the moment-frequency response of the beam to determine the moment spectrum. The moment-time function was calculated by an inverse FFT. The traveling wave is dispersive; its spectrum was found from that at the point of impact by phase shifting each component by an angle proportional to the distance and to the square root of the frequency. Again the time curve was determined by an inverse FFT. The indentation stiffness of the beam was found to be very much less than that of the elastic half space because of transverse bending. After the impact force was recalculated with this correction, the calculated moment-time traces agreed very well with the measured ones.     

单桩竖向动力阻抗计算模型研究

运用土动力学和结构动力学原理,同时考虑桩周土的弱化效应和桩-土界面的相对滑移效应,利用数理方程方法分别求解单桩与桩周近场土域及远场土域的振动方程,建立了竖向荷载作用下单桩动力阻抗函数的简化计算方法,提出了一种改进的非线性动力Winkler模型,确定了模型中各物理元件的参数,进而通过对比分析验证了计算模型的合理性,从而为桩-土-上部结构耦合系统的非线性分析奠定了基础。     

Using co-rotational method for cracked frame analysis

A cracked element is formulated using the two-filed Hellinger–Reissner functional. Due to utilization of the linear elastic fracture mechanics, only geometrical nonlinearities can be considered for the cracked element. A clear step-by-step algorithm for the element state determination is also presented. The element flexibility matrix is derived in a basic coordinate system. Co-rotational approach is used to transform the element stiffness matrix and the resisting force vector from the basic system to the global one. The suggested element is applicable for static and dynamic analysis, as well as, the stress intensity factor calculation, and also inverse crack detection. Various numerical problems verify accuracy of the proposed element for linear and nonlinear structural analysis.     

原子力显微镜探针振动的简化模型分析

为对原子力显微镜（atomic force microscope,AFM）的微悬臂梁进行定性动力学特性分析,建立AFM微悬臂梁的简化模型,探讨AFM探针的受迫振动.通过理论计算得出AFM探针简化模型的运动方程,并得到振动波形,证明了AFM实际应用中的对称问题和"频漂"问题,并发现AFM简化模型的间歇式碰撞现象.用负弹簧模拟探针针尖与样品之间的长程引力,并通过理论计算探讨长程引力对AFM测量的影响.