平稳随机振动响应的实数域虚拟激励法

针对时不变平稳系统,建议了计算线性随机振动响应功率谱密度的一种实数域虚拟激励算法。基本原理是根据哈特莱变换与傅里叶变换变换关系构造系统的实数型虚拟激励和实数型系统函数,计算结构的实数型虚拟振动响应,由实数型虚拟激励和虚拟响应计算结果确定系统随机振动响应的功率谱密度。研究结果表明,建议的方法可以方便地处理随机激励间的相关性和相干性,与传统的复数型虚拟激励法相比较,只需确定实数型虚拟激励和在频域计算实数型虚拟响应,就能精确算出结构随机振动响应的功率谱密度,计算形式比较简单和可行。     

基于小波变换的非平稳脉动风时变功率谱估计方法研究

为揭示非平稳随机脉动风的时频特性,基于小波变换原理推导了时变功率谱的时间、频率和幅值与小波变换系数的关系,建立了非平稳随机脉动风时变功率谱估计的小波函数加权和法,并采用模拟非平稳脉动风和实测台风过程对理论推导结果进行了验证。研究结果表明:非平稳随机过程在某一时刻的不同尺度小波变换系数是一个以此非平稳随机过程的调制函数与小波函数的乘积为调制函数的非平稳随机过程的傅里叶变换,非平稳随机过程的时变功率谱等于不同尺度和不同时移的小波函数模平方的加权和,小波函数加权和法计算的非平稳随机脉动风的时变功率谱与理论结果具有良好的一致性。小波函数加权和法可有效地估计非平稳随机脉动风的时变功率谱,估计的时变功率谱可为进一步理解强(台)风的随机脉动特性奠定基础。     

空间时间域路面行驶车辆的演变随机响应分析

介绍在空间频率——时间域计算随机路面行驶车辆演变随机振动响应功率谱的方法。根据积分变换调制路面对行驶车辆的随机激励,利用行驶车辆的行程与持续时间的确定性关系确定随机激励与响应的功率谱,在实数域用确定性振动响应分析结果预测演变随机响应功率谱。给出随机路面行驶四轮车在空间频率——时间域的激励功率谱矩阵和计算机仿真结果。研究表明：只要车辆的行驶速度是持续时间的确定性函数,就能将路面对车辆在空间域的平稳激励转化为在时间域的演变随机过程;在实数域预测行驶车辆演变随机振动响应功率谱的方法是可行的。     

基于希尔伯特变换的非平稳调幅信号解调

非平稳信号泛指具有时变能量谱的确定性信号和具有时变功率谱的随机信号。幅度调制是非平稳性的一种表现形式。调幅信号分析主要任务之一是提取幅度随时间变化的规律。在希尔伯特变换平方解调方法的基础上,提出了利用适用于非平稳信号的希尔伯特变换低通滤波器,提取调幅信号的包络,实现非平稳调幅信号的分解。数值算例验证了方法的有效性。     

计及非稳态效应的地脉动功率谱密度包络修正及应用

地脉动载荷是影响大型精密装置稳定性的重要因素,地脉动载荷功率谱密度(PSD)包络的计算是制定结构稳定性设计载荷的前提。根据地脉动载荷的数值特征,提出了一种考虑地脉动信号非平稳性的功率谱密度包络的修正方法,经过修正后的地脉动功率谱密度包络避免了传统平稳或局部平稳假设下高振幅信号被平均化的问题,所得功率谱密度包络能够充分反映地脉动载荷的最危险剖面,且与时间长度的选取无关。根据所提方法,计算得到了绵阳花荄监测站2015年—2016年的地脉动功率谱密度包络,为大型光机结构的地脉动载荷确定奠定了基础。     

结构动力可靠度计算的基于反应功率谱的重要抽样法

提出了受随机地震作用的结构动力可靠度计算的基于反应功率谱的重要抽样法。为了提高动力可靠度计算的效率,利用反应功率谱峰值点对应频率处输入激励幅值的变化对失效概率的影响,提出了利用反应功率谱增大输入激励幅值的方差,达到重要抽样的目的;根据随机振动理论,平稳随机反应功率谱曲线与频域内反应绝对值平方曲线的期望值是相似形,而频域内反应绝对值平方曲线的期望值可以通过Fourier 变换很方便的求出,所以也可利用频域内反应绝对值平方曲线的期望值增大输入激励幅值的方差;重要抽样密度函数可表示为幅值分量概率密度函数连乘的形式,其所采用的输入激励幅值的方差可通过少量的结构分析次数得出。通过对三自由度线性结构及十自由度随机结构的计算,表明该文算法是提高动力可靠度计算效率的有效途径,也是求解随机结构动力可靠度的有效途径。     

基于S变换的地震波时频分析及人工调整

首先推导了离散S变换的基本算法,定义了反映地震波时频特性的时变幅值谱和时变能量谱;以K0be地震波为例,基于S变换分析了该地震波的时频特性,并对采用不同窗口函数的分析结果进行了对比,分析发现当适当地调整窗口参数,复窗口的广义S变换对非平稳地震波有较好的时频分辨率;利用S变换的时频滤波性质,对实际地震波进行了任意时间和频率段的人工调整;以与抗震规范相容的功率谱为目标谱,提出了利用S变换合成非平稳地震波的新方法,通过实例分析发现,人工合成的地震波功率谱与目标谱符合很好,而且继承了母波的非平稳特性;还研究了地震波的时频特性对单自由度体系弹性反应谱的影响.     

基于输入能量的地震动时程强度包络函数研究

结构随机振动分析和人工合成地震动记录均需要将反应谱转换为功率谱,地震动强度包络函数对转换结果有着重要影响。为合理地确定强度包络函数模型中各参数的取值,依据输入能量谱与傅里叶幅值谱的精确转换关系,建立了由非平稳地震动功率谱计算输入能量谱的方法,并分析了各参数取值对功率谱与能量谱的影响。以匹配设计谱的天然地震动记录样本的平均输入能量谱作为参考依据,通过与设计谱转换得到的输入能量谱进行对比分析,确定了各类场地设计谱转换为功率谱时,强度包络函数模型的各参数取值。通过人工合成地震动记录的输入能量谱分析,验证了各参数取值的合理性。     

分数阶导数系统响应功率谱密度的小波-Galerkin方法

利用小波的时间-频率联合分辨率,提出了一种在完全非平稳随机激励下,计算分数阶阻尼线性系统响应功率谱密度的方法。方法的思路在于选用广义谐和小波,并利用小波-Galerkin近似,将具有分数阶导数的运动微分方程转化为一组以响应小波变换为未知量的代数方程,解之并求得响应小波变换后,结合随机过程功率谱密度的小波变换表达得到激励与响应功率谱密度之间的关系。为此,在频域中推导了小波-Galerkin方法必需的小波整数阶与分数阶联系系数。数值算例表明:对具有不同分数阶导数的系统,所建议的方法具有较好的适用性。     

多自由度结构动力可靠度分析的小波方法

该文发展了基于小波分析的局部平稳法在多自由度结构动力可靠度中的应用。首先,基于广义谐和小波和随机过程的局部平稳小波模型,发展了线性多自由度结构系统在各时间-频率子域上激励功率谱与响应功率谱之间的关系,并计算得到了在一般随机动力激励下结构随机动力响应功率谱密度和各阶谱矩。随后,根据随机动力激励和响应的高斯假定及超越过程的Markov假定,得到了线性多自由度结构在均匀/非均匀调制随机激励下层间位移的动力可靠度指标。结构动力可靠度的Monte Carlo模拟显示了所提方法的可靠性与计算高效性。     

ZFFT与Chirp-Z变换细化选带的频谱分析对比

在细化选带频谱分析中，复调制细化方法（ZFFT）和线性调频Z变换方法（Chirp—Z变换）是常用的两种方法。通过理论分析和仿真计算，对两者在算法、特点和误差方面进行对比分析表明：对于单频率和谱线干涉不严重的多频率谐波成分，使用FFT后进行校正，或者使用CZT细化分析，均能得到高精度的频率、幅值和相位，不必使用ZFFT；对于发生严重干涉现象的密集多频率谐波成分，ZFFT通过增大细化倍数后重采样，把干涉的各频率成分分离后进行校正可获得高精度的信号参数，但CZT只是把细化分析频带局部放大，无法消除干涉影响，提高频率分辨率也无法分离出信号的真实频率成分。通过增大采样点数，减少干涉产生的误差，CZT可以获得较高精度的信号参数，但却大大增加了运算时间。     

非负矩阵分解在地震作用下结构随机响应分析中的应用

地震动作为一类典型的非平稳随机过程可由演变谱刻画其能量的时-频分布。然而,演变谱的时-频耦合特性却限制了经典谱表示法的模拟效率。为提高非平稳地震动模拟效率,简化非平稳地震作用下结构随机响应分析,提出了基于非负矩阵分解(nonnegative matrix factorization,NMF)的地震动演变谱解耦方案,使结构在非平稳地震作用下的响应计算简化为各项均匀调制激励下的结构随机响应叠加。分析结果表明,基于非负矩阵分解的地震动演变谱解耦具有良好的精度,快速傅里叶变换技术的引入提高了经典谱表示法的模拟效率,模拟样本自相关函数与目标值吻合良好,非平稳地震作用下结构随机响应频域分析得到简化。     

循环水泵房进水口岩塞爆破设计与施工

温州电厂三期工程循环泵房进水口岩塞爆破其周边环境复杂,如何确保本工程在实施过程中,避免对已建的一、二期工程及其周围民房产生不利影响,如何保证岩塞爆破后,取水口过水断面满足设计要求,这是本工程要解决的重点问题。本文介绍了岩塞爆破开口尺寸与形状、爆破方案设计、爆破参数计算,以及岩塞爆破施工等技术问题。本次岩塞爆破非常成功。     

The segmented chirp Z-transform and its application inspectrum analysis

The chirp Z-transform (CZT) algorithm is known to be more flexible than the fast Fourier transform in calculating the frequency spectrum. However, its mathematical implementation is complex, and additional memory space is required. A modified CZT algorithm called the segmented chirp Z transform (SCZT) is introduced. SCZT has the ability to handle a very large amount of input data with very limited memory space and to limit its calculation to a portion of the frequency spectrum of interest with greatly increased dynamic range and frequency resolution     

脉动风速连续随机场的降维模拟

基于标准正交随机变量的波数谱表示,通过定义标准正交随机变量集的随机函数形式,建立了连续时空随机场模拟的波数谱-随机函数方法。同时,引入快速傅里叶变换（FFT）的算法,极大地提高了波数谱-随机函数方法的模拟效率。在波数谱-随机函数模拟方法中,仅需两个基本随机变量即可在概率密度层次上描述时空随机场的概率特性,并利用数论方法选取基本随机变量的代表性点集,实现对连续时空随机场模拟的降维表达。数值算例表明,当模拟相同数量的样本时,综合考虑模拟的效率和精度两方面,该文方法与传统的波数谱表示方法不分伯仲,但该文方法所需的基本随机变量最少,生成的代表性样本数量少且构成一个完备的概率集,从而可结合概率密度演化理论实现结构随机动力反应及动力可靠度的精细化分析。最后,结合Kaimal风速谱及Davenport空间相干函数模型,模拟了水平向脉动风速连续随机场,验证了该文方法的有效性和优越性。     

FOG信号的变步长符号LMS自适应消噪方法

针对光纤陀螺输出信号的随机漂移,本文提出了变步长符号LMS自适应消噪方法。结合工程实际需要,该方法在常规最小均方算法（LMS）的基础上进行了两方面改进：一方面,从提高滤波精度和稳定性角度引入输入信号的归一化功率;另一方面,从减少计算复杂性、提高算法实时性角度引入误差符号函数;并通过收敛性分析确定了变步长符号LMS算法的步长参数。某型光纤陀螺的静态实验和转动实验结果表明变步长符号LMS算法不仅可以提前确定步长参数,且在滤波稳定性、滤波精度和实时性等综合性能方面具有优越性,适合工程应用。     

蛙人呼吸特征实验研究

为研究蛙人的声辐射特性,对蛙人的被动探测及其警戒系统的建立提供数据与实验支撑,进行了以携带开放式呼吸器的蛙人为对象的实验研究。通过湖上实验,采集了蛙人的呼吸声信号,利用功率谱、时域波形包络、包络谱对信号的时频特征进行了分析。结果认为蛙人的功率谱在低频段起伏比较明显,高频段比较平稳;高频段时域波形包络比低频段时域波形包络呈现更加明显的周期性,周期约为3s;时域波形的包络谱在0.3~0.4Hz之间有一个明显的峰值,此特征可作为识别蛙人的重要依据之一。采用包络谱法提取信号特征时,信号的高频段是理想选择,并且信号周期在10个以上时效果较好。     

高层隔震结构单质点模型的地震响应单纯质点法研究

提出了可以快速计算高层隔震结构地震响应的单纯质点法.这种方法基于基底剪力及能量等效原则,建立简化单质点分析模型与原结构模型之间的转换关系及模型参数取值,引入能量平衡方法计算简化分析模型的包络反应,最后利用能量平衡原理及模型参数转换关系,来预测原高层隔震结构的各层地震反应包络值.给出了分析高层隔震结构加速度、隔震层及上部结构的层间变形、层间剪力等预测计算式.通过22层高层隔震结构工程实例来验证单纯质点法的有效性及计算精度,分析结果表明:简化计算结果与多质点模型时程分析法计算结果相当.所提计算方法计算量少,参数取值明确方便,同时具有良好的地震响应分析精度.     

Two dimension-reduction probabilistic models for simulating nonstationary turbulent wind fields

The reasonable modeling of a nonstationary stochastic turbulent wind field is an important basis and premise for the analysis of the wind-induced response and reliability of engineering structures. In the present study, two dimension-reduction probabilistic models are established for simulating the multi-dimensional and multi-variable nonstationary turbulent wind fields based on the double proper orthogonal decomposition (DPOD) and the double spectral representation method (DSRM). Among them, the DPOD, originally used to simulate a stationary turbulent wind field, is extended to a nonstationary one, and the DSRM is a newly proposed method for a nonstationary turbulent wind field with a large number of simulation points. In essence, the DPOD is a discrete method with explicit physical significance and flexible spatial location of simulation points, while the DSRM is a continuous method, of which the simulation efficiency is theoretically independent of the number of simulation points. Furthermore, by introducing the dimension-reduction methods based on random function and POD-FFT (Fast Fourier transform) technique into the DPOD and the DSRM, the nonstationary stochastic turbulent wind field can be effectively described with merely three elementary random variables. Numerical examples of the nonstationary stochastic turbulent wind fields acting on a long-span bridge and a communication tower fully verify the effectiveness and superiority of the proposed methods.     

基于Hilbert-Huang变换的大跨桥梁非线性抖振响应时频分析

以新疆赛吾迭格尔悬索桥为工程背景,研究非线性抖振响应的时频特性。提出了Fourier变换识别桥梁抖振响应的频谱的失真问题,从信号分析的角度寻找失真的原因,从结构动力学角度探讨响应非平稳性的导因。为解决这个问题,引入Hilbert-Huang变换(HHT变换)分析响应的边际谱。并分析HHT变换中经验模态分量的时频,从风工程角度探讨经验模态分量的物理意义。分析结果表明,大跨桥梁的颤抖振响应具有一定的非平稳性,HHT变换识别抖振响应的频谱时比Fourier变换精度更高。