基于知识的结构分析系统

本文扼要分析了以有限元方法为基础的结构分析软件及其辅助系统－智能化前端系统和模型化系统；然后结合黑板结构和真值维护系统，建立了一个综合模型化，数值求解和对数值结构的解释评价于一体的，基于知识的新型结构分析系统的概念模型；最后，基于有限元软件环境－ＳＥＦＥＭ，针对一类简单的结构系统，用Ｃ＾＋＋语言实现了一个上述模型的简化系统－ＫＢＳＡＰ。     

一类有限元结构分析的EBE计算方法

本文利用ＥＢＥ策略的基本思想，给出一类有限元结构分析的ＥＢＥ计算方法，即ＥＢＥ共轭梯度法ＥＢＥ－ＣＧ和ＥＢＥ预处理共轭梯度法ＥＢＥ－ＰＣＧ，这类方法避免了传统有限元结构分析中总刚度阵的组集而可大大降低存储量要求。同时它们还特别适合在各种粒度下的多处理机系统上实现。初步数值试验结果表明：这类ＥＢＥ有限元结构分析方法对串行和并行计算都是很有效的。     

一类有限元结构分析的EBE计算方法

本文利用ＥＢＥ策略￣［１］的基本思想，给出一类有限元结构分析的ＥＢＥ计算方法，即ＥＢＥ共轭梯度法ＥＢＥ－ＣＧ和ＥＢＥ预处理共轭梯度法ＥＢＥ－ＰＣＧ，这类方法避免了传统有限元结构分析中总刚度阵的组集而可大大降低存储量要求。同时它们还特别适合在各种粒度下的多处理机系统上实现。初步数值试验结果表明：这类ＥＢＥ有限元结构分析方法对串行和并行计算都是很有效的。     

半潜式钻井平台管道钢构支架极限强度研究

钢构支架是半潜式钻井平台管道支吊架的主要类型之一,钢构支架的极限强度是管道系统正常工作的重要保障。研究结构极限强度的方法有理论分析、有限元数值仿真和实验分析。在分析极限理论的基础上由静力法计算四种钢构支架试件的极限载荷;利用MSC软件对试件极限载荷进行数值仿真分析,并对有限元模型化技术进行讨论;对试件进行实验极限载荷测试,对比分析了三种方法测得的极限载荷。结果表明,三种分析方法计算得到结构的极限载荷基本一致,对于结构形式较为简单的结构通过理论分析可以得到简化解析解析解;数值仿真分析中采用合理的有限元模型化技术(结构有限元模型、边界、约束等)可得到精度较高的计算结果。     

基于静力响应面的结构有限元模型修正方法

提出了基于静力响应面的结构有限元模型修正方法.运用响应面方法,将结构静力响应和结构参数之间复杂的隐式关系用显式函数近似表达出来;在此响应面模型(函数)基础上,通过优化计算对结构有限元模型参数进行修正.阐述了基于静力响应面的结构有限元模型修正方法的基本理论和一般实现过程.对两跨连续梁结构的静力模型修正数值算例分析结果表明:基于静力响应面的有限元模型修正方法可以减少结构有限元计算的次数、提高模型修正的优化效率,结构有限元模型修正结果具有可接受的精度.     

航天支架结构的被动振动控制

重点研究了航天支架结构的被动振动控制问题。在约束阻尼层有限元模型理论分析的基础上，对未附加约束阻尼层的支架计算模态和试验模态进行了相关性分析，制定出被动振动控制策略；通过分析附加约束阻层后支架计算模态和试验模态相关性，建立了有效的支架有限元模型，进一步用于各种情况的动态响应计算和分析。计算了实验结果表明，该控制策略取得了很好的减振效果，为同类结构振动控制问题提供了一个良好的模型参考。     

考虑支承的大跨度索膜结构整体分析与设计

基于修正的拉格朗日法,建立非线性有限元平衡方程,介绍了空间梁单元非线性刚度矩阵。针对此类结构在形态分析及设计中的难点问题,提出利用定力单元、定形单元和微调单元建立数值模型。采用AutoCAD二次开发工具ObjectARX编制有限元软件,能够进行考虑支承的大跨度索膜结构整体分析与设计。以芜湖体育场为工程背景,进行了形态分析和长期荷载组合下的反应。计算结果表明,本文所提方法和有限元软件显著地提高了设计工作的效率,并能准确地获得满足设计要求的结构初始形态及受力分析数据,便于实际工程的设计应用。     

超级有限元法及其在结构工程中的应用

本文探讨一种基于半连续半离散思想，适用于复杂结构（如高层框架、剪力墙、桁架、网架等结构系统）工程分析的超级有限元，其结构数值分析是按连续体进行，但又按单个构件进行有限元计算。这种按整体系统进行离散所获得的单元内部包含众多构件，有别于一般常见的实体有限元，称为“超级有限元”。这种方法自由度数比一般有限元法少很多，又与单元内部所含构件数多少无关，并可求取结构内每个构件的内力值。     

超级有限元法及其在结构工程中的应用

本文探讨一种基于半连续半离散思想，适用于复杂结构（如高层框架、剪力墙、桁架、网架等结构系统）工程分析的超级有限元，其结构数值分析是按连续体进行，但又按单个构件进行有限元计算。这种按整体系统进行离散所获得的单元内部包含众多构件，有别于一般常见的实体有限元，称为“超级有限元”。这种方法自由度数比一般有限元法少很多，又与单元内部所含构件数多少无关，并可求取结构内每个构件的内力值。     

结构阻尼时域本构模型及其应用

阻尼合金作为一种新型结构功能材料在不少领域已获应用，由于其阻尼值较大且随频率呈复杂交化关系，传统的线性粘性阻尼理论或经典的非频变结构阻尼理论难以精确地描述其耗能行为。本文应用粘弹性阻尼理论，根据阻尼合金储能模量和损耗因子在频域的实测数据．应用最优化方法拟合出标准线性体模型中的本构参数；根据积分形式的三参量本构关系和变形体虚功原理，推导出了有限元形式的动力学方程；讨论了三参数初值的选取；对包含卷积积分的有限元动力学方程通过数学推导将其化为三阶线性微分方程组，再转化为标准状态变量方程，应用数值求解。数值计算实例证明了所提方法的正确和有效性。     

复合随机振动分析的扩阶系统方法

提出了随机结构系统反应的子空间次序正交分解的思想．基于这一思想，文中导出了一类用于考虑随机激励的随机结构复合随机振动分析的扩阶系统方法，从而可以应用传统的确定性结构随机振动各种分析方法求解复合随机振动问题．作为特例，本文给出了使用模态分析法求解的过程．将文中算例与随机模拟结果相比较，证实了本文思想与方法的实用性．     

基于更新支持向量的大跨度斜拉桥体系可靠度分析

针对斜拉桥静力体系可靠度分析中隐式功能函数重构和繁杂失效路径的特点,提出了一种基于更新支持向量的体系可靠度分析方法,将传统的用于构件可靠度分析的支持向量机(SVM)改进并应用于斜拉桥体系可靠度分析。该方法主要有4个步骤:首先通过构件的敏感分析识别斜拉桥的主要失效路径;其次采用最小二乘支持向量机(LS-SVM)对斜拉桥的隐式功能函数进行重构,并通过Monte-Carlo抽样得出构件的可靠指标;然后根据已经更新的有限元模型对支持向量进行更新,得出相关构件失效后的剩余构件的条件可靠指标;最后由结构体系的失效树和串并联关系得出斜拉桥的体系可靠度。主跨为420m的混凝土斜拉桥算例分析表明了上述算法的有效性和实用性,同时也获得了该斜拉桥的主要失效路径并识别了影响其体系可靠度的主要构件。     

捷联惯导系统减振设计

机抖激光陀螺的捷联惯性导航系统结构设计的关键在于惯性测量单元（IMU）的减振设计。文章描述了一种IMU减振系统设计的方法,并在实际应用当中获得良好的效果。IMU减振系统的设计方法主要分为三大内容。首先是对减振系统中减振器的布局方案进行仿真分析,建立减振系统的六自由度振动响应模型,研究减振器布局方案的频谱特性,比较得到减振效果较优的减振器方案。然后针对获得的减振器布局方案,设计IMU结构框架和各向同性的减振器,并采用有限元的方法,对IMU的减振系统进行模态分析,获得IMU减振系统的前20阶模态频率和振型,用有限元仿真分析的方法来验证减振设计。目前这种IMU减振系统的设计方法已应用到某新型捷联惯导系统当中,减少了系统陀螺精度的降低。     

结构阻尼模型及系统时域动响应

振动界对经典的非频变结构阻尼模型一直有种种争议,本文检查了它的前提并指出将该模型推广到系统时域动响应分析时导致的悖论.为了提供结构阻尼系统的时域动响应实用分析方法,文中分别提出了基于响应优势谱成份的粘性阻尼近似模型和基于粘弹性理论的三参数频变结构阻尼模型;它们既可逼近结构阻尼缓频变的特性,又可保证系统的时域动响应具有因果性.     

结构试验机的神经网络内模自适应跟踪控制系统

针对结构试验系统的非线性和不确定性特性，研究了一种基于神经网络的非线性内模自适应加载控制方法。引入的神经网络内模可跟踪学习对象的时变动力学，控制器的设计较少依赖于对象的先验知识，控制参数的调整是基于被控过程的测量信息，利用导出的神经网络算法来实现的。实验结果证明该系统具有良好的控制效果。     

基于ROM技术的阵风响应分析方法

阵风响应分析是大型飞机设计过程中必不可少的环节. 现有的阵风响应分析主要采用基于线化升力面理论的气动力模型,不能考虑到各种非线性效应,不适合于跨音速气动弹性的分析. 基于CFD技术,采用系统辨识方法,在状态空间内建立了降阶的非定常气动力模型(reduced order model, ROM). 耦合结构运动方程、非定常气动力模型(结构运动)、外激阵风的气动力模型,建立了基于CFD技术的阵风响应分析模型.算例研究了某一典型机翼在方波激励下的阵风响应问题,对比了各阶模态位移的响应以及翼根弯矩的响应. 基于ROM技术的计算结果与CFD/CSD直接耦合仿真结果吻合,证明了该方法的正确性和精度.      

基于四元数的SINS/SAR组合导航系统

传统的SINS误差模型是基于小姿态误差角假设下的线性化误差模型,由于忽略了高阶项,因而不能精确描述系统的非线性特征,易造成较大的导航估计误差甚至滤波器发散。为了克服SINS线性化误差模型的缺点,建立了基于四元数的SINS/SAR组合导航系统非线性模型,并将自适应UPF滤波算法应用于该组合系统。仿真结果表明,建立的基于四元数的组合导航系统模型,不但能有效减小导航误差,提高导航定位精度,而且具有良好的实时性。     

Sequential non-linear least-square estimation for damage identification of structures

An early detection of structural damage is an important goal of any structural health monitoring system. In particular, the ability to detect damages on-line, based on vibration data measured from sensors, will ensure the reliability and safety of the structures. In this connection, innovative data analysis techniques for the on-line damage detection of structures have received considerable attentions recently, although the problem is quite challenging. In this paper, we proposed a new data analysis method, referred to as the sequential non-linear least-square (SNLSE) approach, for the on-line identification of structural parameters. This new approach has significant advantages over the extended Kalman filter (EKF) approach in terms of the stability and convergence of the solution as well as the computational efforts involved. Further, an adaptive tracking technique recently proposed has been implemented in the proposed SNLSE to identify the time-varying system parameters of the structure. The accuracy and effectiveness of the proposed approach have been demonstrated using the Phase I ASCE structural health monitoring benchmark building, a non-linear elastic structure and non-linear hysteretic structures. Simulation results indicate that the proposed approach is capable of tracking on-line the changes of structural parameters leading to the identification of structural damages.     

Parameters identification of cable stayed footbridges using Bayesian inference

Numerical modeling of actual structural systems is a very complex task mainly due to the lack of complete knowledge on the involved parameters. Simplified assumptions on the uncertain geometry, material properties and boundary conditions make the numerical model response differ from the actual structural response. Improvements of the finite element (FE) models to obtain accurate response predictions can be achieved by vibration based FE model updating which uses experimental measures to minimize the differences between the numerical and experimental modal features (i.e. natural frequencies and mode shapes). Within this context, probabilistic model updating procedures based on the Bayes’ theorem were recently proposed in the literature in order to take into account the uncertainties affecting the structural parameters and their influence on the structural response. In this paper, a novel framework to efficiently estimate the posterior marginal PDF of the selected model parameters is proposed. First, the main dynamic parameters to be used for model updating are identified by ambient vibration tests on an actual structural system. Second, a first numerical FE model is developed to perform initial sensitivity analysis. Third, a surrogate model based on polynomial chaos is calibrated on the initial FE model to significantly reduce computational costs. Finally, the posterior marginal PDFs of the chosen model parameters are estimated. The effectiveness of the proposed method is demonstrated using a FE numerical model describing a curved cable-stayed footbridge located in Terni (Umbria Region, Central Italy).

     

THEORETICAL MODEL AND NUMERICAL METHOD ON ONLINE IDENTIFICATION OF DYNAMICAL CHARACTERISTICS OF STRUCTURAL SYSTEM （Department of Engineering Mechanics, Southeast University, Nanjing 210096, P.R. China）

An online method of identification of dynamic characteristics only using measured ambient response of structural dynamic system is widely focused on. The Ibrahim and ARMA ( AutoRegressive Moving Average ) methods are basic identification methods. A model on dynamic system suffered by random ambient excitation was researched into, and a subspace decomposition methodwas introduced. Robustness and effectiveness of this approach on identification of vibration characteristics are demonstrated on numerical experiment.