任意随机激励下结构随机振动分析的一种数值方法

应用复化Cotes数值积分方法改进精细积分方法,建立一种新的高效的精细积分方法：C-PTSIM,并基于有限元理论讨论了此方法在任意随机激励下线性结构随机动力响应的应用。采用复化Cotes积分方法计算结构动力响应状态方程一般解的积分项,推导出随机激励下结构动力响应的显式表达式,利用一阶矩和二阶矩运算规律计算结构响应的均值和方差。C-PTSIM方法避免了精细积分过程中系数矩阵求逆问题,有效改善了精细积分在时间步长内载荷线性化假设带来的误差,在不改变时间步长时采用高次数复化积分时获得与更精细步长时同样精度的结果,表明该方法对时间步长的弱敏感性,并能节省大量的计算时间。基于此方法给出结构随机振动响应分析算例,并与其他方法对比,说明了该方法的高效率和高精度。     

基于微分求积的结构随机振动时域分析方法

将微分求积法应用于结构动力学方程的逐步时程积分时存在计算效率低的问题。为此,从数值积分角度出发,采用复化微分求积公式计算Duhamel积分项,并将其和精细积分法结合,可形成一种计算任意随机激励下结构随机振动时域分析的显式求解方法。该方法无需对系数矩阵求逆,能够减小在一个积分步长内载荷量线性化所造成的误差,同时也提高数值稳定性。与蒙特卡罗法和采用4阶精度的复化Cotes积分公式计算结构随机振动响应的方法作对比,所提方法计算精度高,计算效率优于蒙特卡罗法和复化Cotes积分方法。     

复合随机振动系统的动力可靠度分析

建议了一类新的复合随机振动系统动力可靠度分析方法。基于复合随机振动系统反应分析的密度演化方法,根据首次超越破坏准则,对密度演化方程施加相应的边界条件,进而求解密度演化方程,在安全域内积分给出结构的动力可靠度。结合精细时程积分方法与具有TVD性质的差分格式,研究了基于密度演化方法求解结构动力可靠度问题的数值方法。以受到随机地震作用、具有随机参数的八层层间剪切型结构为例,进行了结构动力可靠度分析并与随机模拟结果进行了比较。研究表明,建议的方法具有较高的精度和效率。     

随机振动时域模态分析的若干新发展

本文综述随机振动复模态时域分析的新发展。汇集了线性阻尼系统在各种典型随机激励下,平稳响应相关特性的闭式解,以及在演变噪声激励下非平稳均方响应的闭式解。并介绍时域模态分析在系统响应谱矩计算、组合系统的响应分析,以及某些非线性随机响应问题中的应用。     

我国随机振动研究近10年来的进展

本文回顾了中国振动工程学会随机振动专业委员会成立后的10年间我国学者在随机振动领域所进行的理论、应用技术研究方面取得的一些重要进展,着重介绍了随机非线性响应时域积分方法与空间有限元结合的随机动力有限元方法的发展;对随机振动与其它相关学科的交叉渗透进一步发展的前景也作了展望.     

受演变随机激励结构响应的扩展精细积分方法

摘要：对于受演变随机激励的线性多自由度体系,给出了计算其非平稳响应的扩展精细积分方法。首先采用虚拟激励法,将随机荷载转化成确定性荷载,然后采用Duhamel积分的精细计算方法,构造出统一形式的精确、高效递推格式。本文方法避免了矩阵的求逆运算,不依赖于系统矩阵或其动力矩阵的性态,提高了数值稳定性和应用范围。本文方法具有与混合型时程精细积分方法同样高的数值精度,而效率上要高于增维精细积分方法。算例验证了本文算法的优越性。     

随机结构复合随机振动分析的概率密度演化方法

提出了随机结构复合随机振动分析的概率密度演化方法。通过引入扩展状态向量,构造具有随机初始条件的状态方程,导出了复合随机振动反应的概率密度演化方程。结合精细时程积分方法和Lax-Wendroff差分格式对概率密度演化方程提出了数值求解方法。进行了八层层间剪切框架结构复合随机振动反应的概率密度演化分析,证明提出的方法具有计算高效、收敛性稳定与精度高的特点。研究表明随着时间的增长,复合随机振动反应概率密度曲线趋于复杂,基于正态分布假定的二阶矩分析方法可能造成可靠度分析结果的显著偏差。与仅考虑结构参数随机性和仅考虑输入随机性时的结构反应相比,复合随机振动反应概率密度曲线峰值降低、分布变宽,且随机涨落显著增强。     

一类受随机激励的强非线性包装振动系统的随机平均

对一类受有界噪声激励作用的强非线性包装振动系统使用随机平均法和MLP方法,给出了此类系统的随机平均方程和FPK方程.利用路径积分方法,初步得出了一些关于系统稳态响应的联合概率密度的模拟结果.     

磁浮车辆-桥梁耦合系统随机振动分析的时域显式方法研究

轨道不平顺所引起的磁浮车辆-桥梁耦合系统随机振动问题是磁浮列车行驶过程中需要关注的重点问题之一,传统的随机振动方法在解决这类问题时存在工作量大、计算效率低等问题。分别从磁浮车辆系统和桥梁系统出发,建立磁浮车辆系统响应和桥梁系统响应关于车桥相互作用电磁力的时域显式表达式;利用车轨间的电磁力方程及几何相容条件,构建电磁力关于轨道不平顺的时域显式表达式;进一步推导得到轨道不平顺作用下磁浮车辆系统和桥梁系统关键动力响应显式表达式。在此基础上,利用统计矩运算法则,直接获得磁浮车辆系统和桥梁系统关键响应的演变统计矩;也可以利用轨道不平顺的数字生成技术,结合随机模拟法,获得车桥耦合系统关键响应的统计信息。在上述过程中,由于车桥耦合系统关键动力响应的显式表达式已先行构建完毕,因此大幅提升了随机振动分析的计算效率。以二自由度磁浮车辆与桥梁耦合模型为例,阐明了方法列式过程。磁浮列车过多跨简支梁桥的数值算例结果表明,时域显式法具有理想的计算精度和效率。     

复阻尼结构动力方程的高斯精细时程积分法

复阻尼振动系统的瞬态响应通常只能在频域内求解。该文根据复阻尼理论应遵循对偶复化的原则,结合精细积分指数矩阵和高斯积分的运算方法,通过理论推导,给出了复阻尼结构动力方程的高斯精细时程积分法。分别采用Newmark-法和高斯精细时程积分法计算了复阻尼多自由度系统地震时程响应,并与频域法（视为精确解）的计算结果进行比较。结果...     

桅杆结构随机风振的离散分析法

风致振动是桅杆结构安全性的控制因素。由于这种结构存在频谱密集的动力特性,不适合采用振型迭加法进行分析。为此本文引入一种新的频域方法计算桅杆结构随机风振响应。基于随机振动的离散分析理论,推导出白噪声激励下结构动力响应的递推公式。经过对风荷载这种有色噪声进行白噪声滤波,桅杆结构的风致振动描述为白噪声激励下的随机振动。于是离散分析理论适用,推导出桅杆结构随机风振响应的递推公式。采用线性化模型时,该方法绝对收敛。计算结果表明,当桅杆结构处于正常使用状态时,采用离散分析理论可以得到满意的精度。     

基于EBE策略实现结构动力响应的并行计算

基于EBE(Element by Element)策略的并行算法不用形成总体刚度矩阵,而且无需进行三维模型的区域分解,从而提高并行计算的速度和效率,是实现结构动力响应快速分析的有效途径。采用Newmark法,结合EBE并行算法和Jacobi预处理技术实现结构动力方程的并行计算。在此基础上,利用虚拟激励方法实现结构随机振动的并行计算。最后在网络集群环境下,综合运用多种编程语言和分析工具,应用该并行算法对三维零件的冲击响应以及随机振动进行仿真计算,并与Ansys、精细时程积分法的相比较。结果表明,该并行算法的计算误差小,并行效率较高,适用于工程计算。     

Dynamic response and reliability analysis of structures with uncertain parameters

An original approach for dynamic response and reliability analysis of stochastic structures is proposed. The probability density evolution equation is established which implies that incremental rate of the probability density function is related to the structural response velocity. Therefore, the response analysis of stochastic structures becomes an initial‐value partial differential equation problem. For the dynamic reliability problem, the solution can be derived through solving the probability density evolution equation with an initial value condition and an absorbing boundary condition corresponding to specified failure criterion. The numerical algorithm for the proposed method is suggested by combining the precise time integration method and the finite difference method with TVD scheme. To verify and validate the proposed method, a SDOF system and an 8‐storey frame with random parameters are investigated in detail. In the SDOF system, the response obtained by the proposed method is compared with the counterparts by the exact solution. The responses and the reliabilities of a frame with random stiffness, subject to deterministic excitation or random excitation, are evaluated by the proposed method as well. The mean, the standard deviation and the reliabilities are compared, respectively, with the Monte Carlo simulation. The numerical examples verify that the proposed method is of high accuracy and efficiency. Moreover, it is found that the probability transition of structural responses is like water flowing in a river with many whirlpools, showing complexity of probability transition process of the stochastic dynamic responses. Copyright © 2004 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于分解法的最大熵随机有限元法

摘要：提出了一种新的基于分解法的最大熵随机有限元方法,利用单变量分解将多维随机响应函数表述为单维随机响应函数的组合形式,从而将求解随机结构响应统计矩的多维积分表达式转化为单维积分式,对单维积分采用高斯-埃尔米特积分格式求解。在获得结构响应的统计矩之后,利用最大熵原理求得结构响应的概率密度函数解析表达式。该法不涉及求导运算,对于非线性随机问题非常适用。算例结果表明,本文方法具有较好的精度与计算效率。
     

随机结构动力可靠度分析的概率密度演化方法

基于随机结构动力反应分析的概率密度演化方法，提出了一类新的随机结构动力可靠度分析方法。在随机结构动力反应概率密度演化方程的基础上，对于首次超越问题，根据所给的首次超越破坏准则施加相应的吸收壁边界条件，求解具有吸收壁边界条件的概率密度演化方程并在安全域内积分．给出结构的动力可靠度。结合精细时程积分方法和具有TVD性质的差分格式，讨论了计算结构动力可靠度的数值方法。以八层框架结构为例进行了动力可靠度分析并与随机模拟分析结果进行了比较。     

Probability density evolution method for dynamic response analysis of structures with uncertain parameters

Probability density evolution method is proposed for dynamic response analysis of structures with random parameters. In the present paper, a probability density evolution equation (PDEE) is derived according to the principle of preservation of probability. With the state equation expression, the PDEE is further reduced to a one-dimensional partial differential equation. The numerical algorithm is studied through combining the precise time integration method and the finite difference method with TVD schemes. The proposed method can provide the probability density function (PDF) and its evolution, rather than the second-order statistical quantities, of the stochastic responses. Numerical examples, including a SDOF system and an 8-story frame, are investigated. The results demonstrate that the proposed method is of high accuracy and efficiency. Some characteristics of the PDF and its evolution of the stochastic responses are observed. The PDFs evidence heavy variance against time. Usually, they are much irregular and far from well-known regular distribution types. Additionally, the coefficients of variation of the random parameters have significant influence on PDF and second-order statistical quantities of responses of the stochastic structure.The support of the Natural Science Funds for Distinguished Young Scholars of China (Grant No.59825105) and the Natural Science Funds for Innovative Research Groups of China (Grant No.50321803) are gratefully appreciated.     

A two-step method for analysis of linear systems with uncertain parameters driven by Gaussian noise

A two-step method is proposed to find state properties for linear dynamic systems driven by Gaussian noise with uncertain parameters modeled as a random vector with known probability distribution. First, equations of linear random vibration are used to find the probability law of the state of a system with uncertain parameters conditional on this vector. Second, stochastic reduced order models (SROMs) are employed to calculate properties of the unconditional system state. Bayesian methods are applied to extend the proposed approach to the case when the probability law of the random vector is not available. Various examples are provided to demonstrate the usefulness of the method, including the random vibration response of a spacecraft with uncertain damping model.