行波效应下结构非平稳随机地震峰值响应分析

地震运动在本质上是非平稳随机过程。对于一个典型的地震记录,如果地震平稳段持续时间较短,采用非平稳随机过程描述其地震动特性较为合理。目前被最广泛接受的地震非平稳随机振动模型是演变随机激励模型。本文将虚拟激励法和精细积分法相结合,高精度计算了结构在这种随机地震激励下的时变均方根响应,并等效转化为相应的平稳随机过程后进行结构峰值响应计算。不仅考虑了激励的非平稳性,同时高效精确地考虑了结构的动力特性和地震行波效应。能够方便地应用于大型复杂结构,特别是为大跨度桥梁抗震分析提供了高效的计算手段。实际结构算例表明平稳假设会得到偏于保守的结果。当阻尼比较小时,这种差别会更明显。采用非平稳激励模型,显然更为合理;采用本文提出的方法可以很方便地处理这类问题。     

非参数概率系统非平稳随机响应研究

对复杂系统的测量和知识的有限性造成的不确定很难完全由随机参数模型进行描述,采用随机矩阵模型更具有一般性和合理性.本文应用随机矩阵模拟不确定线性动力系统有限元模型中质量阵、阻尼阵和刚度阵的概率不确定性.综合运用虚拟激励法和精细时程积分法建立了非参数概率系统非平稳随机响应的有效计算方法.数值模拟结果表明,对于高精度制造,模型的不确定性是不能忽略的.本文提出的算法为此类问题求解提供了一条有效途径.     

结构非平稳随机响应分析的快速虚拟激励法

虚拟激励法能够方便地应用于结构非平稳随机响应分析,但在每个离散频点处都涉及到虚拟激励作用下动力方程的时程积分,对于大型复杂结构,其计算量是难以接受的。将结构动力方程写成状态方程形式,采用精细积分法对状态方程进行数值求解,导出了结构动力响应关于离散时刻处激励的显式线性表达式。利用这一显式表达式,只需要变换离散时刻处的激励数值,就可以方便快捷地求出新的激励作用下的结构动力响应。效率分析和数值算例表明,相对于传统虚拟激励法,本文提出的改进算法在求解非平稳激励下结构随机振动方面具有更高的计算效率。     

不平衡线性转子-轴承系统的非平稳地震激励响应分析

给出了受随机地震激励的线性转子-轴承系统动力响应的有效分析方法。应用虚拟激励法和数值积分法,采用Kanai-Tajimi地震模型,对一个四自由度非对称的刚性转子-轴承系统在地震激励和谐波激励联合作用下的位移响应、位移响应谱密度及响应时变方差进行了分析。讨论了不同转速对位移响应时变方差的影响和不同采样角频率对位移响应时变方差曲线的影响。     

三维车桥耦合系统的非平稳随机振动分析

推导了线性时变系统非平稳随机响应的多维虚拟激励法,研究了三维车桥耦合系统受轨道激励而产生的非平稳随机振动。桥梁模型采用空间Euler梁单元,轨道激励假设为均匀调制多点异相位非平稳随机激励。采用多维虚拟激励法把轨道不平度转化为一系列简谐不平度的叠加,通过简单分解精细积分格式进行迭代计算,最终得到系统随机响应的时变功率谱及均方根。数值算例中,用时间历程法验证了本文方法的正确性,并且分析了方向、高低、水平三类轨道激励同时作用下三维车桥耦合系统的非平稳随机振动特性。     

不确定动力系统平稳随机响应分析

由于设计、建造以及测量等诸多不确定因素的影响,通常的有限元力学分析模型只是原型结构的一种均值近似,采用随机结构模型是更为合理的.本文应用随机矩阵模拟不确定线性动力系统有限元模型中质量阵、阻尼阵和刚度阵的随机不确定性,并进一步建立此类非参数概率系统在平稳随机外载作用下动力响应的虚拟激励高效求解算法.数值结果表明,均值有限元模型和随机矩阵模型的动力响应具有很大的差异.对于精细制造,模型的随机性是不能忽略的,本文提出的算法为此类问题求解提供了一条有效途径.     

随机桁架结构的非平稳随机动力响应分析

本文研究了随机桁架结构在非平稳随机激励下的动力响应问题。在利用随机因子法分析随机结构动力特性的基础上，给出了一种分析随机结构非平稳随机响应的新方法。从结构非平稳随机响应的表达式出发，同时考虑桁架结构的物理参数、几何尺寸的随机性，利用求解随机变量函数矩的方法和求解随机变量数字特征的代数综合法，导出了随机桁架结构在非平稳随机激励下位移响应均方值和应力响应均方值的均值、方差和变异系数的计算表达式。通过算例，分析了结构物理参数和几何尺寸的随机性对结构位移响应均方值和应力响应均方值随机变量随机性的影响。本文方法具有对随机结构进行一次动力分析便可求得动力响应的数字特征，且可以考察结构任一参数的随机性对结构非平稳随机响应分析结果的影响之优点。     

多自由度Duffing系统受多相位平稳随机激励的响应

本文用虚拟激励法结合等效线性法来求解受多相位平稳随机激励的多自由度Ｄｕｆｆｉｎｇ系统，过程简洁，计算高效，给出了在该激励下多自由度Ｄｕｆｆｉｎｇ系统的数值模拟算法，二者进行了比较，得到了比较满意的结果。     

实用黏弹性阻尼耗能系统非均匀非平稳巴斯金谱地震响应的一般精细解析解

针对设置支撑的实用黏弹性阻尼器耗能减震系统,结合虚拟激励法,构建非均匀调制非平稳巴斯金谱地震响应的一般精细解析解.首先对于设置支撑的单自由度实用黏弹性阻尼耗能减震结构模型,利用扩阶的方法得到耗能体系的状态方程.然后在高效的虚拟激励法基础上,提出多项式-指数-简谐精细积分一般格式,得到8种常见均匀与非均匀调制非平稳巴斯金...     

非比例阻尼线性体系平稳随机地震响应计算的虚拟激励法

应用复振型分解方法,将非比例阻尼线性体系在地震作用下的动力方程求解问题转化为若干个广义复振子的求解与叠加问题。通过假定地震地面运动为一零均值的平稳随机激励,应用虚拟激励法原理,推导得到了广义复振子动力坐标的解析计算公式,进而得到了以复振型为基础的非比例阻尼线性体系随机地震响应计算的一般实数解析解答。算例证实了这种方法的可靠性及高效率。     

平稳随机激励下耦合Newmark滑移系统的可靠性分析

基于随机激励的离散形式,对耦合Newmark系统的动力可靠度问题进行解析分析。平稳随机激励下,耦合Newmark系统初始滑移极限状态方程可以写成n个标准正态随机变量的显式线性函数,并能给出可靠度指标的理论解。对于以相对滑移量为临界状态的情况,极限状态方程是n个标准正态随机变量的隐式函数,可借助静力可靠度方法进行求解。算例表明,系统初始滑移的设计点激励是以潜在滑动体自振频率为主频,振幅渐增的谐振时程;后者的失效概率与摩擦系数成非线性关系,存在合适的摩擦系数使失效概率最小。     

Random vibration of viscoelastic system under broad-band excitations

An analytical method is proposed to study the response of a viscoelastic system with strongly non-linear stiffness force and under broad-band random excitations. The random excitations can be additive, or multiplicative, or both, and they can be stationary or non-stationary with evolutionary spectra. With the proposed method, contributions of the viscoelastic force to both damping and stiffness are taken into account separately, and then the extended version of the stochastic averaging, called the quasi-conservative averaging, is applied to the system to derive the averaged equation of energy envelope. Probability density functions of system responses, such as the total energy, the amplitude, and the state variables, can then be obtained analytically. The accuracy of the method is substantiated by comparing the analytical results with those from Monte Carlo simulations. Effects of parameters in the viscoelastic force and in the non-linear stiffness force on the system responses are also investigated.     

大跨度结构受多点随机地震激励的响应

研究了复杂结构的空间部分相干多点激励平稳随机地震响应。该方法同时计入了振型间和激励间的耦合项，是完全的ＣＱＣ算法，可以方便高效且高精度地算出各种响应量的自谱和互谱。     

Stochastic sensitivity analysis of coupled acoustic-structural systems under non-stationary random excitations

This paper presents a new sensitivity analysis method for coupled acoustic–structural systems subjected to non-stationary random excitations. The integral of the response power spectrum density (PSD) of the coupled system is taken as the objective function. The thickness of each structural element is used as a design variable. A time-domain algorithm integrating the pseudo excitation method (PEM), direct differentiation method (DDM) and high precision direct (HPD) integration method is proposed for the sensitivity analysis of the objective function with respect to design variables. Firstly, the PEM is adopted to transform the sensitivity analysis under non-stationary random excitations into the sensitivity analysis under pseudo transient excitations. Then, the sensitivity analysis equation of the coupled system under pseudo transient excitations is derived based on the DDM. Moreover, the HPD integration method is used to efficiently solve the sensitivity analysis equation under pseudo transient excitations in a reduced-order modal space. Numerical examples are presented to demonstrate the validity of the proposed method.     

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。     

结构多点随机地震响应分析及拟静位移计算

给出了大跨度结构多点随机地震响应虚拟激励算法的若干实施细节,并讨论了将拟静位移项用自振振型和广义坐标来表达的做法。表明将拟静位移用自振振型和广义坐标来表达时,可能导致结构位移和内力响应非常大的误差,在实际应用时应予重视。     

Nonlinearly damped systems under simultaneous broad-band and harmonic excitations

The probability distribution of the response of a nonlinearly damped system subjected to both broad-band and harmonic excitations is investigated. The broad-band excitation is additive, and the harmonic excitations can be either additive or multiplicative. The frequency of a harmonic excitation can be either near or far from a resonance frequency of the system. The stochastic averaging method is applied to obtain the Itô type stochastic differential equations for an averaged system described by a set of slowly varying variables, which are approximated as components of a Markov vector. Then, a procedure based on the concept of stationary potential is used to obtain the exact stationary probability density for a class of such averaged systems. For those systems not belonging to this class, approximate solutions are obtained using the method of weighted residuals. Application of the exact and approximate solution procedures are illustrated in two specific cases, and the results are compared with those obtained from Monte Carlo simulations.     

多人随机行走激励下人行桥振动分析

大跨人行桥具有轻质、轻柔、阻尼小及低频等特点,基频较小时对人行荷载激励较敏感,但目前对其在多人随机行走下的随机振动问题研究较少。本文基于标准步行荷载,使用人行桥多点加载模型,推导了多人随机行走下大跨人行桥振动响应时程的精细时域计算方法,并以此验证本文提出的计算人行桥随机振动的更简便的谱分析方法;通过构造桥上落足点的荷载时程,变换得到荷载时程功率谱,再利用荷载功率谱并借鉴林家浩教授提出的虚拟荷载法推导出反映行人舒适度的均方根加速度频域计算方法。