振动系统随机传递路径响应分析

基于一般概率摄动法,解决了具有随机路径的振动传递路径系统的响应分析问题。应用Kronecker代数、矩阵微分理论、向量值和矩阵值函数的二阶矩技术、矩阵摄动理论和概率统计方法,提出了振动传递路径系统的随机响应分析方法,在考虑工程中的不确定因素以后,在时域内清晰地描述了振动传递路径的随机响应。     

具有随机路径的振动传递路径系统的随机响应分析

基于Kronecker代数、矩阵微分理论、向量值和矩阵值函数的二阶矩技术、矩阵摄动理论和概率统计方法,实用有效地提出了时域内振动传递路径系统的随机响应分析方法。在考虑传递路径参数,包括质量、阻尼、刚度、位置参数不确定性的条件下,对振动传递路径系统的随机响应问题进行了理论分析和数值计算,给出了系统随机振动响应的一阶矩和二阶矩的一般数学表达式,据此可以考虑工程实际中大量的传递系统中固有的不确定性,以便为解决不确定振动传递路径系统的问题提供有效方便的途径。通过算例表明,该法数值分析结果与Monte Carlo随机模拟结果比较,具有理想的精度。     

带有支座松动故障的转子-轴承系统碰摩的可靠性分析

 针对存在支座松动和碰摩的耦合故障转子-轴承系统,采用短轴承非稳态油膜模型和线性碰摩模型建立转子-轴承系统的动力学方程,应用矩阵微分理论、二阶矩技术、矩阵摄动理论和Kronecker代数方法系统地研究了此耦合故障转子-轴承系统的随机响应问题.应用四阶矩技术和Edgeworth级数展开,对耦合故障转子-轴承系统碰摩的可靠性进行了研究,并求出了数值解,给出了可靠性曲线.     

基于系统响应特性测试接触网动态参数的研究

本论文从电气化铁路受电弓滑板的动态响应入手,通过配置在低压端激光测距传感器,测试受电弓滑板在弓网接触力作用下产生的位移,利用事先得到的传递函数矩阵,计算出接触压力、硬点,拉出值和导线高度。文中推导了响应关系矩阵和传递函数矩阵的数字计算方法,并通过简单算例进行了仿真。     

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。     

基于遗传算法的谐波齿轮可靠性优化设计

谐波齿轮具有优异的特性,在传动系统中的应用越来越广泛.针对谐波齿轮,考虑其设计过程中的各种不确定因素,根据其失效形式建立谐波齿轮的可靠性分析模型.在可靠性理论和优化设计方法的基础上,将可靠性设计与遗传算法结合起来;根据应力-强度干涉理论使用一次二阶矩法对谐波齿轮进行了优化设计;使用矩阵微分技术,分析了设计变量对结构可靠性的影响程度,即灵敏度.并使用蒙特卡洛模拟的方法对可靠性进行了验证.在基本随机参数的前二阶矩已知的情况下,通过计算机程序可以迅速准确地得到谐波齿轮可靠性优化设计信息.数值算例表明,所提出的方法是一种实用、有效的方法.     

有界窄带激励下微梁系统主共振

研究电路与微梁耦合系统在有界窄带激励下的主共振问题。建立有界窄带激励下微梁系统的随机微分方程。应用多尺度法得到系统主共振的幅频响应方程,导出系统的Ito随机微分方程,采用矩法得到系统随机均方响应一阶矩和二阶矩的近似表达式。数值分析了系统各个参数对微梁响应的影响。结果表明:主共振稳态解稳定的充分必要条件与系统一阶矩和二阶矩稳定的充分必要条件是一样的;随着带宽的增加,相轨图极限环的厚度增加;当微梁上极板的宽度、厚度和长度增加时,系统二阶矩增大;当上极板的阻尼系数、轴向力以及上下极板间的距离增加时,系统的二阶矩减小。     

结构在水平与竖向随机地震同时作用下的相关函数和谱密度

对单自由度结构在水平与竖向地震同时作用下的随机稳定性、响应及其相关函数和谱密度函数进行系统研究。首先利用Stratonovich和It随机微分方程与响应矩微分方程的互相关转化关系,建立了结构响应矩方程;然后根据Hurwitz随机稳定准则,获得了结构一阶和二阶响应矩渐近稳定的解析判别式;继而,利用复模态法获得了结构响应二阶矩的解析瞬态解和平稳解;最后利用It随机微分方程解具有的非可料函数性质,获得了结构位移、速度响应的自相关函数、互相关函数以及谱密度函数、互谱密度函数的解析解,给出了算例,并综合分析了各种参数对结构响应、稳定性以及相关函数和谱密度函数的影响。     

结构主动控制最优极点配置算法研究

针对结构主动控制极点配置理论所得控制力矩阵的不唯一性,提出一种基于结构主动控制极点配置的优化算法。该算法与经典LQR最优主动控制主要区别表现在用于结构主动控制时不受加权矩阵Q和R的影响,具有明显的物理或工程意义。首先,对比了结构主动控制系统各数学模型之间的相互关系,依据传递函数矩阵的唯一性, 在复平面内进行最优零极点配置;其次,构造基于期望零极点的目标传递函数矩阵,并对传递函数矩阵进行目标最小实现,从而实现结构主动控制的最优极点配置;最后采用算例说明本文算法的有效性和实用性。     

利用频率响应函数求设备对基座激励的实验验证

本文用模拟实验验证了通过测量基座的响应和系统的传递函数矩阵来确定设备对基座的激励这一方法。实验结果表明，该方法是可行的，操作简单，具有一定的准确性本文不分析了造成误差的主要原因。     

An interval random perturbation method for structural‐acoustic system with hybrid uncertain parameters

An interval random model is introduced for the response analysis of structural‐acoustic systems that lack sufficient information to construct the precise probability distributions of uncertain parameters. In the interval random model, the uncertain parameters are treated as random variables, whereas some distribution parameters of random variables with limited information are expressed as interval variables instead of precise values. On the basis of the interval random model, the interval random structural‐acoustic finite element equation is constructed, and an interval random perturbation method for solving this interval random equation is proposed. In the proposed method, the interval random matrix and vector are expanded by the first‐order Taylor series, and the response vector of the structural‐acoustic system is calculated by the matrix perturbation method. According to the linear monotonicity of the response vector, the lower and upper bounds of the response vector are calculated by the vertex method. On the basis of the lower and upper bounds, the intervals of expectation and standard variance of the response vector are obtained by the random interval moment method. The numerical results on a shell structural‐acoustic model and an automobile passenger compartment with flexible front panel demonstrate the effectiveness and efficiency of the proposed method. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于扩展型共轭无迹变换的随机不确定性传播分析方法

响应的统计矩是描述随机结构系统响应的主要方式之一,相对于响应的概率密度函数,结构响应的统计矩能够较容易获取,因而颇受研究人员的关注,而其中结构响应统计矩的高效计算方法一直是研究的热点。该文以可兼顾精度与效率的共轭无迹变换方法为基础,通过引入正态-非正态变换,发展了可适用于涉及任意随机变量分布类型统计矩估计的第Ⅰ类扩展型共轭无迹变换方法;将第Ⅰ类扩展型共轭无迹变换方法与高维分解模型相结合,发展了可适用于任意维度随机系统统计矩估计的第Ⅱ类扩展型共轭无迹变换方法;通过3个数值算例对建议方法进行了验证。算例分析结果表明:建议的两类方法均可以在拓展共轭无迹变换方法适用范围的基础上兼顾计算精度和效率;对于低维和高维问题,分别建议采用第Ⅰ类和第Ⅱ类扩展型共轭无迹变换方法进行响应统计矩估计。     

模糊随机桁架结构的非平稳随机振动分析

利用一种新的双因子法研究了模糊随机桁架结构的非平稳随机振动问题。同时考虑结构物理参数和几何尺寸的模糊随机性,首先从时域上推导出了位移响应的模糊随机相关函数矩阵;进而得出了位移和应力响应在频域上的模糊随机均方值,并用随机变量的矩法得到了结构响应均方值模糊随机变量的模糊数字特征。最后用算例验证了该方法的可行性。     

Non-Deterministic Structural Response and Reliability Analysis Using a Hybrid Perturbation-Based Stochastic Finite Element and Quasi-Monte Carlo Method

The random interval response and probabilistic interval reliability of structures with a mixture of random and interval properties are studied in this paper. Structural stiffness matrix is a random interval matrix if some structural parameters and loads are modeled as random variables and the others are considered as interval variables. The perturbation-based stochastic finite element method and random interval moment method are employed to develop the expressions for the mean value and standard deviation of random interval structural displacement and stress responses. The lower bound and upper bound of the mean value and standard deviation of random interval structural responses are then determined by the quasi-Monte Carlo method. The structural reliability is not a deterministic value but an interval as the structural stress responses are random interval variables. Using a combination of the first order reliability method and interval approach, the lower and upper bounds of reliability for structural elements, series, parallel, parallel-series and series-parallel systems are investigated. Three numerical examples are used to demonstrate the effectiveness and efficiency of the proposed method.     

不均匀随机参数桁架结构的随机反应分析

以随机荷载作用下的不均匀随机参数桁架结构为研究对象,提出了求解结构反应数字特征的矩法。从结构有限元方程出发,推导出结构刚度矩阵对各单元的弹性模量、横截面积以及各节点坐标的导数,进一步导得结构位移反应对各随机参数的敏度。利用随机变量函数的矩法,导出了结构位移反应的均值和方差,依据单元位移应力的转换表达式,分析了应力反应的均值和方差。算例表明,结构反应的方差取决于各随机参数的分散性和参数间的相关性。     

Reliability analysis of structures using neural network method

In order to predict the failure probability of a complicated structure, the structural responses usually need to be estimated by a numerical procedure, such as finite element method. To reduce the computational effort required for reliability analysis, response surface method could be used. However the conventional response surface method is still time consuming especially when the number of random variables is large. In this paper, an artificial neural network (ANN)-based response surface method is proposed. In this method, the relation between the random variables (input) and structural responses is established using ANN models. ANN model is then connected to a reliability method, such as first order and second moment (FORM), or Monte Carlo simulation method (MCS), to predict the failure probability. The proposed method is applied to four examples to validate its accuracy and efficiency. The obtained results show that the ANN-based response surface method is more efficient and accurate than the conventional response surface method.     

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。