与已知场点相关的地震动场模拟研究

提出了一种与已知场点相关地震动场模型。将工程频段(0~25 Hz)分成若干个互不重叠的子段,在每个子频段内将地震动看作面波和体波的叠加;其次在每个子频段内确定影响合成地震动幅值谱的关键因素并将其引入模型中,使每个子频段的合成地震动幅值谱、功率谱和已知幅值谱、功率谱一致;再次由相位差谱频数分布与地震动强度包络的相似性,将决定地震动强度非平稳的关键因素即相位差谱引入到模型中,使合成地震动和已知地震动波形相似;最后,由模型中的频散曲线和距离参数描述不同场点之间的相干性,将合成地震动扩展到地震动场模型。El Centro地震波场点地震动场算例表明,模型不仅可以实现合成地震动场功率谱和已知场点完全一致,而且相干性合理,可以用于工程分析。     

一种用于宽带取样示波器的幅值校准方法

取样示波器采用顺序等效采样原理,可以实现对高速稳定信号进行采样、波形恢复、信号质量分析等,在高速通信、信息对抗等领域有广泛应用。但作为取样示波器核心器件的取样器,采用双肖特基二极管对称结构,因器件、布局布线等非对称性,导致差分输出的两路信号存在偏差等,造成测量波形的不准确。为更加准确地重建被测信号的真实值,提出一种基于最小二乘法的二进制幅值校准方法。通过实验验证,此方法能够准确计算校准系数,实现对幅值的校准,相对误差在1%以内,并且在采样点数较少的情况下仍然适用。结果表明,此方法可以用于宽带取样示波器的幅值校准。     

基于最大相关波形延拓的经验模式分解端点效应抑制方法

针对端点效应使经验模式分解（Empirical Mode Decomposition,EMD）结果出现畸变,严重影响算法精度的现象,提出了一种新的抑制经验模式分解端点效应的方法：最大相关波形延拓法。该方法借鉴匹配追踪算法思想,将信号端点处波形向信号内部平移,以找出与之最相似的波形,然后以最相似波形外侧的一段数据作为信号端点外数据的估计。利用仿真数据和某炼油厂风机轴瓦振动数据对最大相关波形延拓法进行了验证,结果表明该方法能够明显减小经验模式分解的端点效应,特别对周期信号和循环平稳信号有很好效果。同时,所提出的方法具通用性,能够减小数字滤波、小波分析等信号分析方法中端点效应对算法精度的影响,具有较大的理论意义和实用价值。     

大跨越输电塔-线体系的近场脉冲型地震反应分析

分析了大跨越输电塔-线体系的动力特性,对比了大跨越输电塔-线体系的近-远场地震反应,研究了大跨越塔-线体系的近场脉冲地震反应规律。结果表明在同幅值的近场脉冲型地震动作用下,大跨越输电塔-线体系的动力反应远大于其在一般地震动下的反应,大跨越输电塔-线体系的近场脉冲型地震反应幅值随地震动脉冲周期增大而增大。将等效脉冲模型引入大跨越输电塔-线体系近场响应分析,结果表明:塔-线体系在等效脉冲作用下的响应与实际地震动相近,将等效脉冲用于分析大跨越输电塔-线体系的地震响应能够弥补实际近场脉冲型地震动数目过少的不足。     

空间多点人工地震动幅值收敛性研究EI北大核心CSCD

在空间相关性人工地震动生成中,计算的繁杂和局部场地收敛性与幅值收敛性之间存在的矛盾,是时域合成法中的两大主要问题。为了简化计算,同步实现局部场地及地震动幅值的双重收敛性,在对相位角分布进行深入研究的基础上,构建了空间多点人工地震动幅值收敛因子,并采用虚实分离法来分解功率谱矩阵。结果表明,该方法生成的多点人工地震动计算快速,且幅值稳定收敛。     

长周期地震动的特性分析及界定方法研究

为了给长周期地震动的选取和评价提供依据及量化指标,利用Hilbert-Huang变换理论分析地震动能量特性,提出评价地震动周期特性的方法;并且对典型的常规地震动和近、远场长周期地震动的时域、频谱分布、地震动放大系数谱及周期特性进行了分析,得到了近远场长周期地震动的时频域特性及其与常规地震动的差异。在此基础上,提出用β谱曲线2到10s谱值和周期的平方加权平均值βl作为长周期地震动的界定参数;根据178条近场地震动和151条远场地震动的βl值的统计分析结果提出:βl0.4的地震动为长周期地震动,βl0.2的地震动为短周期地震动(即常规地震动),0.2≤βl≤0.4的地震动为中长周期地震动。这将为柔性桥梁抗震分析时长周期地震动的选取提供依据。     

地震作用下二维场地模态叠加等效线性化方法

为快速进行多维场地地震反应分析，将模态摄动法和模态叠加法相结合，提出了一种非比例滞后阻尼二维场地的模态叠加等效线性化计算方法。在该方法中，根据原系统的模态分析结果，利用模态摄动法得到迭代刚度修正后新系统的模态，然后，采用模态叠加法实现非比例复阻尼体系运动方程中矩阵维数的降阶，形成广义坐标耦合和解耦的模态叠加等效线性化法，在此基础上，进一步讨论了阻尼矩阵耦合系数的影响。随后，以杭州某一工程场地为例，研究不同输入地震动幅值下，场地水平加速度动力放大系数随地震动幅值的变化规律，并与二维频域等效线性化计算结果比较，验证所提算法的精度和有效性。计算结果表明：采用广义坐标耦合的模态叠加法，不同地震动输入幅值下，计算误差均小于5%；广义坐标解耦方法所得地表加速度放大系数的计算误差随耦合因子的增大而增大；当地震动幅值小于0.1 g时，可采用强制解耦方法计算场地地震反应。从计算效率看，模态叠加等效线性化法和二维频域等效线性化法的迭代次数基本相同，但计算时间约为频域等效线性化法的一半。     

考虑场地土参数随机性和相关性的地震动降维模拟

为了考虑场地条件对地震动特性的影响,在非平稳地震动过程的演变功率谱模型中,选择场地土参数作为随机变量,并构造了相应的随机函数形式。建议的随机函数表达不仅能够反映场地土参数的随机性及参数之间的相关性,而且能够直接利用场地土参数的均值、变异系数和相关系数等数字特征来获得其概率分布。同时,利用随机函数的降维思想,建议了基于非确定性谱幅值(NSA)的降维模拟方法,该方法能够同时考虑地震动幅值和相位的随机性,并结合数论方法生成不同场地类别的地震动加速度代表性时程集合。算例表明:场地土参数的随机性和相关性对地震动加速度时程的强度、频率非平稳特性以及频率成分等方面有较大影响。最后,与实测强震动的加速度反应谱以及Fourier幅值谱的比较,进一步验证了模拟方法的工程适用性。     

地震动多点激励下大跨空间网架结构的反应分析

基于直接输入位移法建立了多点激励时程分析模型,采用三角级数法模拟生成满足给定的相干函数和规范反应谱的非平稳空间地震动。选取大跨度柱支承空间网架结构为研究对象,分别进行了结构在地震动一致激励、行波激励和多点激励作用下的动力反应分析,对其进行了比较研究。分析结果表明:在水平地震动多点激励作用下,与一致激励相比,上部结构控制杆件轴力和柱顶位移的幅值变化与地震动作用方向有关,地震波先到达的下部支承柱结构的内力反应增大;在竖向地震动作用下,结构在多点地震激励下的反应明显大于一致激励。网架结构在多点地震动激励下与行波激励下的反应结果变化规律相似,多数情况下行波激励得出偏于不安全的结果。因此,忽略地震动的空间变化会严重低估大跨度空间网架结构的反应。     

高静水压下换能器阻抗特性的测量方法研究

针对在小腔体中阻抗分析仪发射连续波无法准确测得换能器阻抗的问题,提出一种在高静水压下使用脉冲正弦信号激励换能器测量阻抗的方法。以采样电阻法为基础,根据腔体尺寸确定发射脉冲个数以及可测频率范围来有效避免腔体边界反射对测量造成的影响。通过设置不同的发射频率,分别采集换能器两端及采样电阻两端的电压波形信号,利用已知频率的三参数正弦曲线拟合法分别得到波形信号的幅值和初始相位角,计算得到换能器的导纳值。改变静水压力,利用脉冲法测得0~10 MPa静水压下换能器导纳特性。实验结果表明,采用脉冲正弦信号激励的方法可在有限空间内准确测量换能器的阻抗特性;且随着静水压力的升高换能器的谐振频率发生偏移,导纳圆直径减小。     

基于Copula理论的序列型地震动随机模型

通过考虑序列型地震动中主震和余震间的空间相关性,将已有地震动物理随机模型推广至序列型地震动随机模型。依据序列型地震动的产生与传播机制,将其表示为包含16个随机变量的Fourier模型。考虑主震与余震的空间相关性,基于Copula理论,将模型更准确地表示为6个二维随机变量和2个一维随机变量;为描述地震动在局部场地上传播的过程,建立了序列型地震动的随机场模型;根据1038组实测序列型地震动及5组地震动台阵数据,对模型中的物理随机变量进行参数识别和统计分析,结合Copula函数,给出了各参数的概率分布。与实测地震动对比表明:该文提出的序列型地震动随机模型,能够较为真实地再现序列型地震动的空间相关性以及地震动在局部场地的行波效应。     

轨道车辆用弹性橡胶垫非线性模型研究

轨道车辆用橡胶弹性元件具有复杂的非线性动态特性,目前橡胶材料的本构模型难以准确描述其幅值特性与频变特性。通过并联Berg摩擦力单元与标准线性固体分数微分本构模型建立新的橡胶弹性元件非线性动态力学模型,其中Berg摩擦力单元用以表征橡胶弹簧动态特性的振幅相关性,标准线性固体分数微分本构模型用以表征橡胶弹簧动态特性的频率相关性。通过与橡胶垫垂向振动试验数据,拟合出新建非线性模型以及对比模型的各参数值。将各模型仿真值与试验数据进行对比分析,发现新建立的非线性模型相比等效模型、传统标准线性固体模型与标准线性固体分数微分模型,能够更准确地描述橡胶垫动态特性的幅变效应与频变效应。     

基于小波包变换的高程差对爆破震动信号影响分析

爆破施工现场地形一般都有一定的起伏,爆破地点与被保护目标具有一定的高程差。为了研究高程差对爆破震动信号特性影响,依托工程实践,采集了大量爆破震动信号。分析表明正的高程差对爆破地震波峰值具有放大效应,并且放大效应在一定的范围内存在。利用小波包分析的信号处理方法对高程差影响下的爆破震动信号能量分布和时频特征进行了研究。研究表明,正高程差使爆破震动信号中的低频成分增多,低频成分在整个信号中的能量分布有增大趋势,这一特点对爆破地点周围目标保护不利。分析高程差对爆破震动信号的影响,从而优化爆破设计,更好地保护爆破地点周围的目标。结论具有重要的现实意义。     

用1(1/2)维谱结合小波包能量提取地震动信号特征

针对车辆（轮式车、履带式车）引起的地震动信号中,具有非平稳、非高斯性特征相互重叠的实际情况,研究了地面活动目标产生的地震动信号特性;从理论上说明了1(1/2)维谱可消除车辆引起的地震动信号中的高斯白噪声或有色噪声,在将[112]维谱分析和小波包能量谱相结合的基础上,提出一种特征提取方法,以便区分不同的车辆目标。在时频域构建以[112]维谱和小波包能量谱作为地震动信号的联合特征向量,建立以训练误差为目标的BP神经网络模式分类器;然后对两类车辆信号进行识别。地震动信号的车辆实测数据表明,该方法能够准确和有效地识别车辆引起的地震动信号。     

基于小波分析的爆破地震效应评估

通过对爆破震动信号时能密度曲线的积分值TEDI（Integral of the Time-Energy，Density）与爆破震动三要素（即震动的幅值、频率和持时）进行关联分析，创造性地提出了用TEDI值作为评估爆破震动效应强弱的定量指标，初步建立了用TEDI值作为考核指标的爆破震动损伤统一安全判据。当TEDI≥15时，爆破震动对结构体将造成危害，并用实例验证了该判据的可行性和可靠性。该判据较之以往的“独立阈值理论”以及结合震动主频的峰值强度判据来说，更能全面地反映爆破震动危害的本质。     

地震动统一时频谱特性及其在人工合成中的应用

传统地震动时域或频域理论模型不能充分反映地震动时频域的非平稳性。利用现代信号分析方法可以获得非平稳时变功率谱及演变谱,但缺乏精度评价标准。在理论和计算分析的基础上,确认小波包分解方法是建立时变功率谱的有效工具,并依据时频边缘条件提出时频谱分析精度评价标准。在地震动时频特征统计分析的基础上,认为地震动时频谱由多峰平滑谱和非平稳噪声谱两部分构成。分别建立由多峰平滑功率谱和非高斯频域噪声谱构成的地震动频域谱模型以及由多峰平滑时域能量谱模型和非高斯时域噪声谱模型构成的地震动时域谱模型。由此形成的时频谱模型在时频特性表征、函数表达、精度及多维分析等方面均有较强的统一性。依据统一时频谱进行调整或人工合成的地震动具有良好的精度和强非平稳性。     

蜗壳不同心度对核主泵瞬态水动力特性研究

为研究核主泵在不同工况下运行的瞬态特性,基于RNG k-ε模型采用CFX三维非定常数值模拟方法分析其在4种不同同心度下压力脉动变化规律。结果表明,改变偏心距并未改变叶轮主频,随偏心距增加叶轮内压力脉动幅值先减小后增大。各偏心距在不同工况下压力呈相似规律变化,且波动次数等于导叶数目,即叶轮内流动状态受导叶影响较大。小流量工况下脉动幅值随偏心距增加波峰出现位置逐渐向下一时刻推移,且不同偏心距下压力脉动幅值差别较大;设计工况下叶轮流道内压力脉动幅值波动明显小于小流量工况,出口压力脉动幅值远大于进口。大流量工况时叶轮内各监测点压力脉动幅值在各偏心距下从叶轮进口到出口均呈不稳定波动,波动幅值远大于设计工况。偏心距为10~15 mm时核主泵运行压力脉动最小。     

光谱相关能级匹配遥感目标提取算法

光谱相关能级波形匹配算法是在利用光谱相关系数确定谱带强度相似度,能级波形匹配技术确定波形特征相似度的基础上,将二者的乘积作为图像光谱与参考光谱间的总相似度来进行的高光谱遥感和多光谱遥感精确目标提取算法.在阐述基本原理的基础上,首先模拟了大气、噪声等边界条件对算法相似度的影响;其次,利用400个图像测试光谱对算法进行了精度评价;最后,对4种端元进行了目标提取.边界条件模拟结果表明,算法对大气效应具有较好的抑制作用,当大气效应小于模拟数值的50倍时,可以省略大气订正.虽然算法对噪声较为敏感,但通过噪声消除算法可以将该影响减小到最低,甚至将其消除掉;精度评价结果表明,算法的平均精度为85%.     

基于功率谱矩阵开方分解的空间相关多点地震动合成方法

基于前人对多点地震动合成方法的研究,提出了一种多点地震动的合成方法。该方法基于复功率谱矩阵的开方分解,将复功率谱矩阵分解为一个Hermite 矩阵与其共轭转置矩阵的乘积,并给出了基于此分解的考虑空间相关性并满足功率谱矩阵的幅值谱和相位谱的求解公式。此外,在合成功率谱矩阵时还考虑了空间各点地震动自功率谱谱强度的变化,以使得合成的多点地震动更好地适用于大跨度结构物的多点输入分析。     

隧洞爆破地震波作用下临近水电站的安全性评估

为了评估隧洞爆破地震波作用下临近水电站的安全性,结合深溪沟水电站安装间灌浆排水廊道的掘进爆破开挖工程,利用TC-4850测震仪对临近发电厂房、机组及其他重点保护对象进行爆破震动监测。首先将实测数据进行震动波形、时能密度和震速峰值分析,然后采用一元回归方法分析爆破震动衰减规律,预测不同单响药量和不同爆心距下质点震动幅值,通过与国家爆破震动安全控制标准比较,评估爆破震动的安全性。研究结果表明:现场监测结果与回归分析的理论预测结果相吻合,隧洞爆破震动对临近水电站安全运营的影响较小,采用上述分析方法能够合理地评估隧洞爆破地震波作用下临近水电站的安全性。