基于实模态的非比例阻尼体系复模态叠加法

为提高非比例阻尼体系强迫振动时复模态叠加法的计算效率,基于模态摄动法基本原理,提出一种利用无阻尼体系实模态的复模态叠加法.该方法由模态摄动法将非比例阻尼体系的复模态表示为实模态线性组合,在此基础上,建立了强迫振动复模态叠加法的实模态的线性组合解.以一个带附加阻尼的强非比例阻尼三层框架结构为例进行地震反应分析,计算结果表...     

非比例阻尼线性体系基于规范反应谱的CCQC法

根据平稳随机过程理论和抗震设计反应谱,对具有非比例阻尼特性的线性体系,给出了实数形式的复振型反应谱叠加法和复振型完全平方组合(CCQC)计算公式。式中除了包含一般CQC方法中振型间的位移相关系数以外,还包含了新的速度相关系数和位移-速度相关系数。公式推导按照与一般CQC法同样的原理和假定,形式也同样简洁、明了,易于工程设计人员掌握和使用。用实例分析对比了基于设计反应谱的CCQC法、CSRSS法及强迫解耦法,并以人工地震波作为地震输入,用逐步积分法对计算结果进行了验证。结果表明:提出的CCQC法比CSRSS法具有更好的精度。实例分析还表明,对于一般的强非比例阻尼结构,抗震设计规范中采用的强迫解耦方法也具有较好的精度。     

非比例阻尼结构体系近似解耦分析中的误差研究

对于非比例阻尼结构体系的动力分析,一种常用的方法就是用一个选定的对角矩阵来等效耦合的模态阻尼矩阵,使体系方程解耦。本文研究了这种近似解耦方法所引起的近似误差,导出了误差范数,并得到了体系精确解所在范围。研究结果表明:近似解耦方法有一定的适用性。     

基于等效黏性阻尼模型的非比例阻尼体系反应谱CCQC法

由不同材料组成的混合结构,其阻尼矩阵不再满足与质量矩阵、刚度矩阵的比例关系,具有非比例特性。我国设计规范中常用的振型分解反应谱法是基于比例阻尼建立的,并不严格适用于计算非比例阻尼体系的地震作用效应。该文在基于等效黏性阻尼模型的复模态叠加法基础上,结合虚拟激励法和平稳随机理论,推导了基于等效黏性阻尼模型的反应谱CCQC(Complex Complete Quadratic Combination)法实数表达式,建立了一种解决非比例阻尼混合结构的地震作用效应计算问题的理论方法。算例分析表明:与基于分块Rayleigh阻尼模型的反应谱CCQC法相比,该文建立的基于等效黏性阻尼模型的反应谱CCQC法直接依赖于结构的质量、刚度和阻尼参数,不受振型组合的影响,具有计算结果唯一的优点,且仅涉及位移相关系数的计算;与基于能量法的反应谱CQC法相比,基于等效黏性阻尼模型的反应谱CCQC法可有效考虑结构的非比例特性,适用于非比例特性较强的混合结构。     

模态子空间中非经典阻尼结构动力响应的求解

通过对非经典阻尼结构动力响应筱法的分析,提出了在模态子空间中用模态叠加法求解非经典阻尼结构动力响应时,应该首先确定非线典阻尼的程度,根据不同的非线典阻尼程度应用不同的求解方法,最后通过算例说明本文所提算法的精度。     

Lanczos-QR方法在大型非比例阻尼结构复模态计算中的应用

摘　要：本文跟据大型非比例阻尼结构的动力学模型特点,发展了适用于大型复特征值问题求解的Lanczos-QR方法。针对大规模非对称实矩阵的标准特征值问题,此方法首先采用Lanczos迭代方法对矩阵进行降阶;然后采用带移位的双重步位移QR方法求解降阶后的实三对角矩阵的全部特征值和特征向量,最后经过相应的变换得到原矩阵的特征解。另外,本文提出了分块矩阵三角分解方法将广义特征值进行标准化,该方既提高了计算效率,又避免了范数误差。本文还对奇异问题的处理进行了讨论。最后在FORTRAN语言中进行了程序实现,完成初步软件化,并且通过算例对算法及其程序的精度和收敛速度进行了验证。     

耗能减震结构的复模态矩阵摄动法

针对耗能减震结构的分析和优化设计过程中要遇到非比例阻尼和参数改变的情况,如果要较精确地求解系统的广义特征值问题,需经过两重迭代计算,这种迭代振动分析是非常麻烦的。为了保证非比例阻尼结构分析的精度和结构参数改变时迭代分析的效率,推导适用于非经典阻尼情况的复模态矩阵摄动法,提高了结构重分析的效率,通过算例分析,表明了该方法在一定范围内具有较高的精度。     

可恢复功能复合结构体系基于复模态叠加法的响应分析和应用

可恢复功能复合结构体系利用黏滞阻尼等耗能机制可显著提高抗震韧性水平,同时导致其非比例阻尼特征更加突出,采用传统振型叠加法进行响应计算会产生较大误差。为建立该类体系面向抗震韧性的设计方法,该文在前期研究基础上,推导得到可恢复功能复合结构体系分布参数模型复模态正交性条件,建立了该类体系基础激励下动力响应的复模态叠加计算方法。在验证推导正确性后,将该方法应用于两个方面：传统振型叠加法响应计算误差分析和复合体系的设计参数选择。结果表明：相比于振型叠加法只在非比例阻尼不显著的情况具备较好的计算精度,复模态叠加法不仅可以更加准确地计算地震响应,而且可以量化黏滞阻尼对结构响应的控制效果,对于指导该类体系的设计具有参考价值。

     

非比例阻尼结构参数识别算法的研究

在地下结构的地震响应中,无限地基的辐射阻尼起着重要的影响,然而其阻尼形式同结构的比例阻尼假定不同。同样,对于施加隔振、减震措施的建筑结构,其系统阻尼也不再满足比例阻尼假定,在结构参数识别中将阻尼阵假定为与刚度阵形式相似的方法不能反映实际结构参数。从研究结构的阻尼模型发发,引入了节点堆积阻尼,这样形成的阻尼与刚度、质量既有一定的联系,又有一定的独立性。以剪切型结构为例对此做了详细说明,结果表明,引入堆积阻尼后,进行参数识别的结构动力学方程是一个非线性识别问题,在此基础上提出了基于最小二乘平均的非线性迭代识别算法。     

可恢复功能防震结构研究进展

可恢复功能复合结构体系利用黏滞阻尼等耗能机制可显著提高抗震韧性水平,同时导致其非比例阻尼特征更加突出,采用传统振型叠加法进行响应计算会产生较大误差。为建立该类体系面向抗震韧性的设计方法,该文在前期研究基础上,推导得到可恢复功能复合结构体系分布参数模型复模态正交性条件,建立了该类体系基础激励下动力响应的复模态叠加计算方法。在验证推导正确性后,将该方法应用于两个方面：传统振型叠加法响应计算误差分析和复合体系的设计参数选择。结果表明：相比于振型叠加法只在非比例阻尼不显著的情况具备较好的计算精度,复模态叠加法不仅可以更加准确地计算地震响应,而且可以量化黏滞阻尼对结构响应的控制效果,对于指导该类体系的设计具有参考价值。

     

模态应变能方法精确性和适用性研究

介绍了非比例阻尼体系动力分析的模态应变能方法和状态方程法,在频域内和时域内分析比较了具有Maxwell阻尼的多自由度模型响应的精确解和近似解,并据此分析了模态应变能方法的精确性和适用性,数值算例结果表明:在一定条件下模态应变能方法具有较高的精确性,同时在工程应用方面该方法也具有较好的适用性。     

复杂阻尼结构阻尼模型研究

复杂结构动力分析过程中,阻尼比的计算显得非常重要。由于复杂结构的阻尼模型具有特殊性,对如何确定阻尼比等参数,至今没有较好的理论和方法。针对由多种不同阻尼特性材料建造的复杂结构,提出了一种基于换算模态阻尼比的阻尼模型。通过复阻尼理论和模态应变能法,推导了换算模阻尼比,并得到了换算模态阻尼比与各种材料阻尼比之间的关系。将所提出的方法应用于工程结构,该方法计算的动力响应与结构瑞雷阻尼法相比,其精度更高,接近于单元阻尼比法的结果。由于其方法简单、物理意义明确,在复杂结构动力分析中具有广泛的应用前景。     

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。     

非经典阻尼结构动力分析模态综合法综述

本文综述了非经典阻尼结构动力分析的模态综合法.将已有的各种模态方法概括并定义为三大类,即实模态近似方法、复模态方法和近似复模态方法.列举了各种方法的主要步骤,分析了各自的优缺点,并强调近似复模态方法的特殊优越性。     

带耗能减震层框架-核心筒结构的简化模型与减震机理研究

提出带耗能减震层框架-核心筒结构的简化模型,将减震层等效为抗转刚度弹簧和抗转阻尼弹簧,构造减震层上部和下部的振型函数,采用假定振型法和虚功原理,推导带耗能减震层框架-核心筒结构在地震作用下的振动控制方程。以典型带耗能减震层框架-核心筒结构为例,采用MATLAB语言编制该简化模型的振动控制方程程序,并与ETABS软件建立的有限元模型进行相互验证,研究带耗能减震层框架-核心筒结构的地震反应和减震机理。研究结果表明:提出的带耗能减震层框架-核心筒结构简化模型有效、可行;利用振动方程的显示表达式揭示了带耗能减震层框架-核心筒结构的减震机理;由复模态分析方法进一步确定了不同减震层位置时结构阻尼的变化规律,优化设计的复模态阻尼比及阻尼器的优化阻尼系数可用于该类结构的初步设计。     

基于希尔伯特变换结构模态参数识别

应用HHT方法对GARTEUR飞机模型模态参数进行识别,通过采用多通带滤波器对信号进行滤波,较好的解决模态混叠问题,采用NExT法对信号预处理,由EMD分解获得较准确的各阶固有模态函数分量（IMF）,在EMD分解中使用镜像延拓方法对极值点进行处理来抑制端点效应,然后将分解得到的IMF分量进行希尔伯特变换并结合ITD法识别出各阶固有频率和阻尼比。最后对悬臂梁进行数值仿真模拟,并将模态参数识别结果和理论值进行对比,并运用此方法进一步识别GARTEUR飞机模型固有模态参数。     

非比例阻尼隔震结构地震响应的实振型分解法

采用子结构瑞利阻尼模型表达隔震体系的非比例阻尼矩阵,将实振型分解法与拉普拉斯变换方法联合应用,建立了任意多自由度非比例阻尼隔震体系时域动力响应的工程算法。以本文作者承担设计的三个实际隔震工程作为算例,在两种不同输入地震波和三种不同隔震层阻尼水准下,用本文算法计算地震响应,并与复振型分解法、Wilson-θ法、及Matlab下的Simulink这三种方法的峰值响应进行了对比。结果表明,在设计阻尼水准(隔震层阻尼比为0.21)下,本文算法与Wilson-θ算法的精度大致相当,所求得的位移、速度及加速度峰值的最大相对误差分别不超过0.07%、0.19%和0.27%。即使在极大阻尼水准(隔震阻尼比为0.81)下,本文算法所求得的所有峰值响应的最大相对误差均不超过4%。这表明,当隔震阻尼比不是特别大时,本文提出的算法完全可以满足工程计算要求。