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.     

SEISMIC RANDOM VIBRATION ANALYSIS OF LOCALLY NONLINEAR STRUCTURES

A nonlinear seismic analysis method for complex frame structures subjected to stationary random ground excitations is proposed. The nonlinear elasto-plastic behaviors may take place only on a small part of the structure. The Bouc-Wen differential equation model is used to model the hysteretic characteristics of the nonlinear components. The Pseudo Excitation Method (PEM) is used in solving the linearized random differential equations to replace the solution of the less efficient Lyapunov equation. Numerical results of a real bridge show that .the method proposed is effective for practical engineering analysis.     

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。     

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.     

结构随机激励的响应灵敏度分析

本文建立了有色噪声随机激励的响应协方差矩阵方程,推导了响应灵敏度的计算式,给出了进行灵敏度计算的方法,并作了实例计算。     

不确定车轨耦合系统辛随机振动分析

建立了轨道不平顺作用下具有不确定参数车轨耦合系统随机振动评估方法. 车辆系统采用物理坐标下多刚体系统模型,并应用高斯随机变量模拟车体、转向架和轮对一系、二系连接系统中动力学参数具有的不确定性. 采用无穷周期结构进行弹性轨道模拟,在哈密顿状态空间下建立了典型轨道子结构的状态运动方程,通过轮轨耦合关系建立了混合 物理坐标及辛模态坐标车轨耦合系统运动方程. 应用Hermite正交多项式展开得到了耦合系统动力响应相对于不确定性参数的控制方程. 由于利用轨道周期特性建模,所获得的控制方程有效地降低了方程维度. 轮轨接触处轨道不平顺载荷模拟为完全相干多分量平稳随机过程,推广和发展虚拟激励法建立了耦合系统随机振动受不确定动力学 参数影响的量化评估方法. 通过Monte Carlo数值模拟,验证了该方法在不确定参数变异很大时也能够保持较好的精度,具有一定的工程实用性.     

非线性滞迟系统的随机振动分析

本文采用非线性滞后函数模型，对于粘弹性系统的随机振动问题，应用等效线性化和方差分析的方法进行了分析研究，给出了白噪声激励下的响应计算解。     

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.     

STOCHASTIC OPTIMAL CONTROL OF STRONGLY NONLINEAR SYSTEMS UNDER WIDE-BAND RANDOM EXCITATION WITH ACTUATOR SATURATION

A bounded optimal control strategy for strongly non-linear systems under non-white wide-band random excitation with actuator saturation is proposed. First, the stochastic averaging method is introduced for controlled strongly non-linear systems under wide-band random excitation using generalized harmonic functions. Then, the dynamical programming equation for the saturated control problem is formulated from the partially averaged Itō equation based on the dynamical programming principle. The optimal control consisting of the unbounded optimal control and the bounded bang-bang control is determined by solving the dynamical programming equation. Finally, the response of the optimally controlled system is predicted by solving the reduced Fokker-Planck-Kolmogorov （FPK） equation associated with the completed averaged Itō equation. An example is given to illustrate the proposed control strategy. Numerical results show that the proposed control strategy has high control effectiveness and efficiency and the chattering is reduced significantly comparing with the bang-bang control strategy.     

STOCHASTIC OPTIMAL CONTROL OF HYSTERETIC SYSTEMS UNDER EXTERNALLY AND PARAMETRICALLY RANDOM EXCITATIONS

A stochastic optimal control method for nonlinear hysteretic systems under exter-nally and/or parametrically random excitations is presented and illustrated with an example ofhysteretic column system.A hysteretic system subject to random excitation is first replaced bya nonlinear non-hysteretic stochastic system.An It stochastic differential equation for the to-tal energy of the system as a one-dimensional controlled diffusion process is derived by usingthe stochastic averaging method of energy envelope.A dynamical programming equation is thenestablished based on the stochastic dynamical programming principle and solved to yield the op-timal control force.Finally,the responses of uncontrolled and controlled systems are evaluatedto determine the control efficacy.It is shown by numerical results that the proposed stochasticoptimal control method is more effective and efficient than other optimal control methods.     

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.     

平稳高斯激励下线性结构随机振动分析的辅助简谐激励广义法

相比于时域法,频域法是更为高效、易行的随机振动分析方法,但对于平稳激励下的随机振动分析,现有频域方法常需振型截断或功率谱矩阵分解,将会影响计算精度和效率.为此,本文在频域法的框架下,针对平稳高斯激励下线性结构的随机振动分析提出了一种精确且高效的辅助简谐激励广义法.首先,引入广义脉冲响应函数和广义频响函数的概念,推导了与...     

拱坝—地基体系的多点输入虚拟激励法及随机响应分析

本文采用等效地基集总参数模型,推导了拱坝－地基体系多点输入随机分析的虚拟激励法对拱坝－地基动力相互作用体系在多点随机输入地震波作作下的随机的响应进行 分析,讨论了局部场地的散射效应及地震动空间相干性质损失对拱坝随机响应的影响。     

窄带噪声作用下二自由度非线性系统的响应

研究二自由度非线性系统在窄带随机噪声激励下的主共振响应,用多尺度法分离了系统的快变项,讨论了系统的阻尼项、随机项等对系统响应的影响。在一定条件下,系统具有两个均方响应值和跳跃现象,饱和现象也存在。数值模拟表明文中所提出的方法是有效的。     

结构非线性随机地震反应的概率密度演化方法

运用随机过程的正交展开方法,将地震动加速度过程展开为由少量独立随机变量所调制的确定性函数的线性组合形式.结合概率密度演化理论,建立了结构非线性随机地震反应分析的密度演化方法.以滞回结构非线性反应分析为例,考察了一个具有10个自由度的剪切型框架结构的随机地震反应分析问题.分析表明,结构非线性地震反应具有明显的随机涨落现象,且概率密度曲线与常见的正态等分布相差甚远.     

斜拉桥拉索在轴向窄带随机激励下的振动响应

导出了拉索在考虑垂度以及索张力沿索长变化时的参激随机微分方程,进一步给出了预测拉索在窄带随机激励下响应的近似理论解------用统计矩截断法求解矩方程,获得高斯闭合解和一阶非高斯闭合解. 以南京长江二桥约330米长的A20拉索为研究对象,对以上高斯闭合解和一阶非高斯闭合解进一步进行数值求解以获得拉索的响应,并采用Monte-Carlo数值方法对求解进行验证. 分析了拉索振动的一般特征,特别分析了激励中心频率和拉索频率比为1和2时的响应随激励带宽的变化特征,得到了一些新的结论.      

场地土的随机地震反应分析

研究了剪切模量随深度呈线性变化时场地土的随机地震反应分析方法, 分别建立了基岩输入地震动加速度功率谱函数为白噪声和过滤白噪声时场地土的随机地震反应分析理论。     

基础谐波激励单侧约束简支梁系统的动力学特征分析 1)

为研究间隙碰撞对系统动力学响应的影响,以理想简支梁的振型函数为Rayleigh--Ritz基函数建立了单侧约束简支梁系统的非线性离散动力学方程组,应用数值方法研究了系统在基础谐波激励下的动力学响应特征及其对共振频率线性等效方法适用性的影响。研究表明：非线性动力学系统间隙产生的局部碰撞,使得系统振动能量在系统各阶模态之间转移,使得线性等效方法失效;即使进行非线性分析,也需要考虑系统固有频率远大于激励频段上限的模态。     

EQUIVALENT LINEARIZATION METHOD BASED ON ENERGY-TO-cTH-POWER DIFFERENCE CRITERION IN NON- LINEAR STOCHASTIC VIBRATION ANALYSIS OF MULTI-DEGREE-OF-FREEDOM SYSTEMS

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＡｓａｎｅｗｍｅｔｈｏｄｆｏｒｎｏｎｌｉｎｅａｒｓｔｏｃｈａｓｔｉｃｖｉｂｒａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓ,ｔｈｅｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｌｉｎｅａｒｉｚａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄｏｎｅｎｅｒｇｙｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｃｒｉｔｅｒｉｏｎｈａｓａｈｉｓｔｏｒｙｏｆｏｎｌｙｍｏｒｅｔｈａｎｏｎｅｄｅｃａｄｅ .Ｉｔｈａｓａｈｉｇｈｅｒａｃｃｕｒａｃｙｔｈａｎｔｈａｔｏｆｔｈｅｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄｏｎｅｑｕａｔｉｏｎｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｃｒｉｔｅｒｉｏｎａｎｄｈａｓｓｏｍｅｏｔｈｅ…     

一类非线性系统的随机振动频率响应分析研究

Volterra级数是研究非线性系统的一种重要数学工具, 它可看作线性系统理论中的卷积运算在非线性系统分析中的推广. 基于Volterra级数, 给出了受高斯白噪声激励下的非线性系统输出功率谱的计算公式. 公式表明, 该系统输出功率谱可用激励强度的多项式函数来表示, 其结果为研究激励强度对非线性系统输出功率谱的影响提供了有效途径.