行波地震激励下采用位移输入模式的随机振动分析方法EI北大核心CSCD

在行波地震激励分析时,传统的随机振动虚拟激励法需将结构内部节点绝对位移分解成拟静力位移和动态相对位移两部分,分别对其构造虚拟激励进行两次求解,且在构造虚拟激励过程中需提取结构内部节点质量、刚度矩阵,当整体结构自由度数较大时这一过程相当繁琐。该文提出了一种位移输入模式的随机振动虚拟激励法,该方法采用位移输入模式来构造虚拟激励,直接对结构绝对位移进行一次性求解,与传统虚拟激励法相比,该方法在构造虚拟激励过程中只需提取内部节点与支座节点间的耦合刚度矩阵,更为方便实用。此外,分析了位移输入模式由于阻尼忽略项的不同可能对结构底部单元造成的计算结果误差,并提出了相应的解决方法。     

基于统计线性化的非线性随机振动虚拟激励法研究及应用

传统的虚拟激励法成功地解决了结构线性随机地震响应计算效率低的问题,却无法将非线性因素考虑在内。以统计线性化理论为基础,提出了一种可以考虑结构非线性的改进的绝对位移直接求解的虚拟激励法,采用不同的抗震分析方法,对一座单塔双索面预应力混凝土斜拉桥进行位移、速度、加速度功率谱密度以及位移、轴力响应值的计算,并进行对比分析,结果表明所提出改进的虚拟激励法不仅可以考虑结构的非线性,而且精确、高效,可以广泛地应用于桥梁工程的抗震分析中。     

绝对位移直接求解虚拟激励法采用附加振型求解的理论研究

为提高已有绝对位移直接求解虚拟激励法的求解效率及精度,对结构支座节点附加大质量块并释放支座约束,采用基于附加振型的振型分解法进行求解,附加振型来源于附加大质量块。对附加振型、常规振型的振型特性和振型贡献及计算效率进行了理论分析,分析表明：通过构建少量附加振型就可精确捕获结构拟静位移,且只需采用与相对运动法同等数量的常规振型就可精确捕获结构动态相对位移,与Wilson位移输入模式的绝对位移振型分解法相比,在保证计算精度的条件下可大大减少绝对位移求解所需的振型数。此外,对附加振型绝对位移求解法阻尼误差进行了理论分析,指出了附加振型法不存在由于阻尼假定不同而引起的误差,计算精度及效率均优于基于完全法的绝对位移直接求解法。     

新抗震规范反应谱的适用性研究

对《建筑抗震设计规范》（GB 50011）反应谱的阻尼比折减系数、拟相对位移谱等进行研究以说明我国抗震规范反应谱的适用性。基于阻尼减震机理,指出较大的阻尼比除能有效地衰减结构相对位移谱值外,并不能始终如一地衰减反而会放大结构绝对加速度谱值;比较了新旧抗震规范给出的对应于各类场地条件、不同阻尼比的地震影响系数曲线的变化规律、阻尼比折减系数及拟相对位移谱;指出在利用人工地震波对长周期、大阻尼比减隔震结构进行时程分析时需注意的问题。     

新型高速铁路客站多维抗震分析的实用反应谱法

针对“房桥合一”高速铁路客站不同阻尼比构件、大跨构件较多,对其阻尼模型和多维实用反应谱法进行了研究。首先通过位能加权阻尼和振型分解法的原理,得出位能加权阻尼的激励为各振型响应,并基于单元刚度矩阵推导了位能计算公式。接着在结构自振周期不超过4.5倍场地特征周期的条件下,对水平与竖向加速度互功率谱的表达形式进行了替代。基于两者,利用随机振动理论与反应谱理论推导了能合理考虑各向振型间相关性的实用反应谱公式。最后,以天津西站II区为例加以应用,并与时程分析、多种常用多维反应谱组合法进行了比较,说明该公式的合理性,可供同类结构抗震设计与分析作参考。     

数值计算结合试验测定模态阻尼法

任一种分布的激励必将引起多个模态的响应,试验中要激出单一模态振动是很难的,传统阻尼比估算方法所采用的信号处理手段不能有效分离叠加模态,以致测试阻尼比往往误差较大。从多自由度叠加法动响应分析入手,指出模态混叠现象是制约精确阻尼比测试的重要因素,在阻尼较大、刚度较低时模态更密集、叠加效应更显著,提出通过数值计算进行模态截断以实现"纯模态"提取的方案,推导了共振激励下试验与数值仿真结果中频响峰值谱线表达式,找出二者间的关系,用纯模态计算结果修正测试阻尼比。通过对4块不同板单元进行前8阶试验模态分析与数值计算参数修正,结合频响函数验证了修正阻尼比的数据可靠性,得出了不同结构、材料间阻尼比差异的部分规律。结果表明,模型试验对复合材料板的阻尼比识别准确性要低于钢板,其阻尼性能往往被低估且修正幅度较大,该方法为模态参数识别的进一步研究提供了思路。     

大跨斜拉桥Rayleigh阻尼系数约束优化解

进行大跨桥梁地震反应分析时以结构位移反应峰值误差为目标函数,建立求解Rayleigh阻尼系数的优化分析方法。考虑基频模态为结构动力反应的最显著贡献模态,以基频模态阻尼比等于精确值为约束条件,形成求解Rayleigh阻尼系数的约束优化方程;以840 m长斜拉桥为例分析Rayleigh阻尼系数随优化计算模态数及参考自由度变化规律。与传统Rayleigh阻尼比较,讨论不同阻尼模型对结构位移、内力计算误差。数值计算结果表明,该方法可有效降低位移、内力计算误差,避免人为选择参考频率所致任意性,适合工程结构计算与分析。     

广州新电视塔不同激励下动力特性监测

广州新电视塔结构健康监测系统监测到结构建成后不同激励（包括台风激励,地震激励和一般风荷载激励）下结构的动态响应特性。首先,比较了在不同激励下结构的加速度时程响应和功率谱密度。然后,利用加速度响应数据进行模态分析并比较了在不同激励下结构的模态参数（包括频率、振型和阻尼比）。最后,利用希尔伯特-黄变换获得结构在不同激励下的瞬时频率和结构响应能量分布,并与小波变换的结果相比较。结果可为了解超高层建筑在不同激励下的动力特性提供参考     

混合结构时程分析中的阻尼比计算研究

摘 要： 混合结构由于其建筑及功能上的种种优点,在现代建筑中得到广泛应用。对这类结构进行分析时,主要有两个问题：一是在考虑不同材料的情况下,结构的整体阻尼比如何计算;二是在整体阻尼比的计算结果下,如何针对小阻尼材料进行修正。本文以高楼顶加钢塔的这一混合结构形式为例,建立了一种非比例阻尼矩阵的构造方法,计算结果表明该构造方法得到的振型阻尼比可以较好的反映对主体结构和顶部钢塔影响最大的4阶振型的耗能特点。此外,本文基于反应谱法推导了顶部钢塔在整体阻尼比（第一阶主振型的阻尼比）计算下的误差,在此基础上,给出了相应的修正公式,最后采用上述方法分析了洛阳某高层顶部钢塔的地震响应。     

波谱单元法在空间桁架地震响应分析中的应用

摘 要：针对传统波谱单元法（SEM）只能用于求解节点集中荷载作用下结构动力响应问题的不足,提出了一种通过计算地震等效波谱节点荷载求解桁架结构地震响应的方法。基于虚功原理,利用波谱形函数积分得到地震等效波谱节点荷载的显式表达式,通过修改波谱单元法中单元刚度矩阵的波数,考虑了阻尼对结构动力特征的影响,采用数值拉普拉斯（Laplace）变换替换快速傅立叶（FFT）变换,回避了传统波谱单元法中FFT的周期性问题。利用地震荷载等效后的波谱节点荷载对三维空间桁架结构进行地震响应分析,结果表明,采用本文的方法能方便的计算桁架结构的地震等效波谱节点荷载,精确求解结构的地震响应,与传统有限元法（FEM）相比,大大减少计算单元数量,提高计算精度,且便于编程计算。     

黏滞阻尼器考虑激励频率影响的附加阻尼比简化计算

目前减震结构的附加阻尼比计算都需要先计算出结构的动力反应,并进行复杂的迭代过程,且在计算中一般都仅考虑激励频率等于结构基频的情况.基于非线性黏滞阻尼器,提出了一种不需计算结构动力反应,只根据结构特性、激励频率和阻尼器参数直接求解结构附加阻尼比的计算方法.分析了目前常用的几种附加阻尼比的计算方法,推导出了减震体系在简谐激...     

直接求解多维多点地震动方程的虚拟激励法

为解决传统的虚拟激励法多维多点虚拟激励荷载输入繁琐及在通用有限元软件中实现困难的问题,通过在质量矩阵上“置大数”的方法快速实现地震动输入,更快捷地将一维多点激励扩展到多维多点虚拟激励,运用绝对位移直接求解运动方程。相比传统的多维多点虚拟激励法,不必将绝对位移分解为拟静力位移项和动力相对位移项,避免了求解静力影响矩阵的繁琐,能更高效的实现多自由度大跨结构多维多点虚拟激励荷载在通用有限元软件中的输入与分析,不需要编制专门的计算程序,使得虚拟激励法在理论上和工程中的应用得到进一步的 拓展。     

长周期结构相对位移反应谱研究

在对长周期结构进行抗震设计时,或采用基于位移的性能设计方法进行结构设计时,或采用各种结构控制技术对结构进行减隔震设计时,需要用到相对位移反应谱,而目前各国规范给出的一般都是某种标准化的绝对加速度反应谱。本文指出了国内外目前在用的部分规范提出的长周期反应谱存在的问题,采用80条高通低截止频率（0.025~0.125 Hz）、加速度峰值≥0.10 g的水平向强震记录,计算了周期0~10 s、阻尼比0.10~0.40的相对位移反应谱,研究了位移谱的影响因素及控制参数,建立了考虑震源参数、地震动幅值特性、场地条件、谱控制参数、阻尼比调整系数的可供长周期结构设计使用的弹性相对位移谱,给出了实用化计算公式及地震动位移峰值。结果表明,相对位移谱卓越周期是控制位移谱谱值及形状的重要参数;本文研究得到的相对位移谱能较好地拟合实际相对位移谱。     

Dynamic response of intrinsic continua for use in biological and molecular modeling: Explicit finite element formulation

An intrinsic beam formulation has recently appeared (AIAA J. 2003; 41 (6):1131–1137), which presents the three‐dimensional equations of motion governing spatial and temporal changes in a one‐dimensional continua's curvature, strain, rectilinear velocity, and angular velocity. The formulation would suggest several computational advantages over more‐traditional displacement‐based continua approaches: low‐order interpolation functions can describe generally curved and twisted continua configurations; inter‐element displacements, slopes, strains, and curvatures can be matched; and finite rotational variables and their complexities are absent. Here, we present a completed intrinsic continua finite element development and critical analysis, which follows from an earlier preliminary treatment as applied to carbon nanotubes (Int. J. Solids Struct. 2007; 44 :874–894). Modeling of nodal displacements and rotations are included. Explicit time stepping, with desired high‐frequency damping, is accomplished using an implementation of the generalized‐α method. Zero‐energy modes inherent in the formulation are also identified and rectified. Finally, we document very good agreement between results predicted with the intrinsic continua finite element simulator and results generated using more‐traditional finite element simulations. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.     

Blast response simulation of an elastic structure: Evaluation of the fluid–structure interaction effect

Blast pressure wave interaction with an elastic structure is investigated using a numerical analysis approach, which considers fluid–structure interaction (FSI) within an Arbitrary Lagrange Euler (ALE) framework. Approximate numerical procedures for solving the Riemann problem associated with the shock are implemented within the Godunov finite volume scheme for the fluid domain. The structural displacement predicted by ignoring FSI is larger than the corresponding displacement considering FSI. The influence of the structural and blast pressure wave parameters on the importance of FSI is studied using an analysis of variables. Two non-dimensional parameters corresponding to the ratios of blast duration to the time period of the structure and the velocity of the structure to the particle velocity of the incident blast pressure wave are identified. It is shown that for a given blast pressure wave, the error in the maximum displacement predicted by ignoring FSI effect during structural motion is directly proportional to the ratio of the structure velocity to the particle velocity of the incident blast pressure wave. There is a continuous exchange of energy between the structure and air during the structural motion, which is significant when the structural velocity is significant compared to the particle velocity of incident blast pressure wave. FSI effect become insignificant when the ratio of velocities starts approaching zero.     

直接求解法在结构多点输入地震响应计算中的应用与改进

将以绝对位移形式求解动力方程的直接求解法引入结构多点输入地震响应计算。与常用的将位移分解为拟静力绝对位移和相对动力位移的分解法相比,直接法的概念更为简洁,计算量小,且更适用于非线性计算。对于采用振型叠加法的直接法,仅使用少量低阶振型可能导致较大误差。引入静力修正方法,提出了高效的改进直接法。算例结果表明,修正直接法只需少量低阶振型即可获得足够的精度,精度与分解法相当。     

弱耦联体系地震响应的隔离分析求解

弱耦联体系由一系列支柱结构及柔性连接件组成,结构整体性差,支柱与连接件材料的阻尼特性差异显著.这两个特点造成了采用结构整体振型以及比例阻尼的常规抗震计算方法在处理弱耦联问题时的局限性.因此,从支柱及连接件的隔离体分析出发,构建考虑二者非比例阻尼的运动控制方程,并在频域对耦合的方程进行求解,从而避免对整体振型正交性条件的...     

一种基于静力位移测量值的车辐式屋盖结构索力识别方法

该文从车辐式张拉屋盖结构的组成特点出发,提出了一种基于静力位移测量值的索力识别方法。首先通过测量屋盖结构的几何位形,建立有限元模型。然后给真实结构施加特定荷载并测量加载点位移。给有限元模型施加同样的荷载并计算其位移。通过比较计算和实测的位移值,修正并迭代有限元模型中拉索的预应力;当计算位移与实测位移一致时就获得了拉索的真实内力。该方法只需要测量加载的自由度所对应的位移,能够在通用有限元软件ANSYS上进行索力识别,计算结果准确。     

基于滞变阻尼模型的时域计算方法

复阻尼时域运动方程的自由振动解中包含发散项,导致时域数值计算结果不能稳定收敛。在复阻尼模型的频域运动方程基础上可得到滞变阻尼模型的时域运动方程。针对滞变阻尼模型的特点,依据复平面法和地震加速度的三角级数表达式,该文提出了滞变阻尼模型的时域理论计算方法;假定时间步长内结构的振动响应为简谐振动响应,同时借助于常平均加速度法,提出了滞变阻尼模型的时域数值计算方法。算例分析表明,与复阻尼模型的时域数值计算方法相比,滞变阻尼模型的时域理论计算方法和时域数值计算方法可有效避免时域发散现象;滞变阻尼模型的时域理论计算结果和时域数值计算结果与复阻尼模型的频域计算结果近似相等,进一步证明了该文方法的正确性。