非黏滞阻尼系统频响函数灵敏度分析的改进计算方法

频响函数灵敏度分析是实现频域梯度优化算法的基础。随着各类高阻尼复合材料的广泛应用,黏性阻尼模型假设已不能准确描述其耗能特性。卷积型非黏滞阻尼模型的阻尼力与质点速度的时间历程相关,能够更准确地描述黏弹性材料的阻尼特性。利用复模态叠加法和直接微分法推导出不考虑高阶模态影响的频响函数灵敏度表达式;基于非黏滞阻尼系统矩阵与模态间的关系,提出适用于非黏滞阻尼系统频响函数灵敏度求解的一阶近似法和二阶近似法;通过数值算例验证了提出方法的有效性和准确性。结果表明,与传统方法相比,该改进的计算方法兼顾了计算精度和效率,为实现具有高阻尼性能复合材料结构的动力分析奠定了基础。     

非平稳随机过程功率谱密度初探

提出了非平稳过程功率谱密度的概念。证明路面谱密度就是非平稳随机过程Wiener过程的功率谱密度。该结果对路面仿真以及为车辆振动提供输入激励的实时性和真实性具有很重要实际价值。     

融合多工况功率谱密度函数的工作模态分析方法

频域分解(frequency domain decomposition, FDD)方法是开展环境激励下结构工作模态分析(operational modal analysis, OMA)的常用方法。但是,现有的FDD方法存在一些不足：(1)无法剔除非白激励及谐波激励引起的虚假模态;(2)无法区分结构密集模态与不相关非白激励产生的虚假模态。通过研究发现功率谱密度(power spectral density, PSD)矩阵的秩是FDD方法性能的决定性因素。在此基础上,提出一种新的工作模态识别OMA方法,该方法结合了不同激励工况下的响应PSD函数矩阵,并分别对单个激励工况下的响应PSD矩阵与多工况下的增广响应PSD矩阵进行奇异值分解,通过对比单工况PSD矩阵与增广PSD矩阵在奇异值峰值处秩的变化,识别出包括密集模态在内的结构模态参数,并消除由非白激励产生的虚假模态。采用桁架结构仿真算例和广州塔的工程数据集验证所提方法的有效性。     

非平稳随机响应灵敏度分析的时域显式法EI北大核心CSCD

针对非平稳激励下的结构振动问题,研究动力响应方差灵敏度的高效时域求解算法。首先推导确定性动力响应灵敏度的时域显式表达,继而结合方差灵敏度的一般计算公式,得到非平稳随机响应方差灵敏度的时域显式计算列式。该列式同样适用于平稳激励下结构瞬态响应方差灵敏度的求解。以框架结构和桁架结构分别受不同类型的非平稳激励为例,时域显示解法和其他方法的对比计算结果验证了时域显示解法的有效性。     

基于疲劳损伤谱的地铁车辆设备安装座铝合金焊缝加速寿命研究EI北大核心CSCD

以地铁底架设备安装座铝合金焊缝为研究对象,采集线路实际运行过程中的加速度激励,基于疲劳损伤谱(fatigue damage spectrum, FDS)理论,提出一种非高斯激励的加速方法。首先计算实测输入信号的峭度、偏斜度,以此检验输入信号的非高斯分布特性,结果表明所有任务段激励均服从非高斯分布。为每个任务段激励选择合适的FDS计算方法,设置加速参数,基于损伤等效原则构建加速功率谱密度(power spectral density, PSD),以此作为后续台架试验的激励输入。建立有限元模型,计算支架焊缝加速疲劳寿命。开展台架振动试验,进行验证。试验与仿真疲劳寿命进行对比,结果表明其加速疲劳寿命相对误差为0.57%,加速比达到21 722.26,加速有效,该方法编制的加速PSD激励可以在5 h内反映支架安装座30年的服役情况。为车辆其他设备加速谱的编制提供参考。     

非平稳随机过程功率谱密度估计的小波方法

讨论了已有文献中基于一般非正交小波以及广义谐和小波的非平稳随机过程演变功率谱密度（Evolutionary Power Spectral Density, EPSD）估计的问题。在一种新的非平稳随机过程模型（局部平稳小波过程,Locally Stationary Wavelet process, LSW）的基础上,提出了一种新的估计非平稳随机过程时变功率谱密度的方法。所建议的新方法能与估计非平稳随机过程EPSD的经典方法统一起来,当以上两种方法均使用广义谐和小波时,二者退化为同一形式。为了验证所建议方法的有效性,给出了基于广义谐和小波的多变量均匀调制下非平稳随机地震动互/自功率谱估计的算例。并以汶川8.0级地震中某近场地及远场地上的地震加速度为例,计算得到了其能量在时－频域上的不同分布。     

多维非平稳随机激励下隔震曲线梁桥的非线性振动控制EI北大核心CSCD

隔震曲线梁桥的平面不规则性引起的弯扭耦合效应,使其地震响应与隔震直梁桥相比更加复杂,为了有效的抑制隔震曲线梁桥地震中过大的梁体及支座位移,采取半主动控制策略来保证其安全性。采用经典的Bouc-Wen模型,建立考虑上部结构偏心的隔震曲线梁桥非线性振动控制方程,将该方程等效线性化后,输入考虑扭转分量的多维非平稳随机激励。利用混合精细积分法对无控、经典最优控制(COC)以及序列最优控制(SOC)后的隔震曲线梁桥进行随机响应分析。结果表明:在罕遇非平稳随机激励下,隔震曲线梁桥的动力响应呈现出非平稳特性,且考虑扭转分量的多维非平稳随机激励对隔震曲线梁桥动力响应影响要大于未考虑扭转分量下的;运用经典最优控制以及序列最优控制控制下的隔震曲线梁桥各个方向的的动力响应都有明显的减小,且结构动力响应的非平稳特性也得到了明显的抑制。     

非平稳激励下绝对位移直接求解非线性结构的时频分析EI北大核心CSCD

强震作用下地震动能量的时-频演变特性对迟滞非线性的结构有着极大影响,然而通用有限元软件现有的计算模块进行频域分析时不能对非线性结构输入解耦的EPSD矩阵,限制了随机振动理论对大型复杂结构的仿真计算。将绝对位移直接求解的虚拟激励法引入多维多点的非线性动力方程,通过APDL的外部程序调用接口对非平稳地震动EPSD矩阵进行解耦与降维处理,并转化为独立于时间变量的四维均匀调制激励矩阵,实现对非线性结构精确高效的非平稳激励动态输入与随机动力响应的计算求解。最后以一座中承式三跨钢管混凝土系杆拱桥为例,计算拱肋、拱脚和桥面系响应的时变功率谱及方差。结果表明,绝对位移直接求解的激励输入方式很好地模拟了非线性结构体系所带来的时滞现象,为通用有限元软件实现非线性结构多维多点非平稳激励随机响应的求解与分析提供了可行性依据。     

周期和随机联合激励作用下滞回系统非平稳随机响应的一种近似方法

提出了一种用于求解非平稳随机和确定性谐波联合作用下,单自由度滞回系统非平稳响应的统计线性化方法。首先,在系统响应表示为确定性和零均值非平稳随机分量之和的基础上,将原滞回运动方程等效地化为两组耦合的、分别以确定性和随机动力响应为未知量的非线性微分方程。随后,利用统计线性化方法处理非平稳激励下的随机运动微分方程,导出关于随机响应分量二阶矩的Lyapunov微分方程。联立Lyapunov微分方程与确定性运动微分方程,并利用标准数值算法求解响应。最后,数值算例验证该方法的适用性和精度。     

平稳随机载荷的灵敏度分析识别方法EI北大核心CSCD

提出了一种基于灵敏度分析的平稳随机动载荷分段时域识别分析技术。将平稳随机动载荷样本分为若干小段,把每一小段内的平稳随机动载荷表示为正弦级数叠加的形式,通过灵敏度迭代分析来确定相应正弦级数的幅值,从而确定该时间段内结构所受的平稳随机动载荷。最后将各个时间段组合,即得到平稳随机动载荷样本的识别结果。试验结果表明,灵敏度分析识别方法能够很好地识别出作用在结构上的随机动载荷,并具有良好的抗噪性。     

含碰撞和摩擦振动系统黏滞-黏着运动转迁机理研究EI北大核心CSCD

针对一类含碰撞和摩擦的单自由度振动系统,通过分析相空间内自由滑动、碰撞、黏着和黏滞四种不同性质运动的发生条件,结合四种不同的Poincaré映射截面对其周期运动进行辨识,研究参数域内系统周期运动分布规律。采用参数延续算法和胞映射算法,并结合系统稳定性判定条件,揭示了系统周期黏滞-黏着运动分布及转迁规律。研究结果表明:周期黏滞-黏着运动主要集中在低频小间隙区,系统向着周期黏滞-黏着运动转迁过程中,在擦边分岔(grazing bifurcation,GR)诱导下碰撞次数增加,碰撞速度逐渐减小,同时周期运动的周期带逐渐变窄;相邻周期运动转迁过程中主要受到GR、鞍结分岔(saddle node bifurcation,SN)和滑移分岔(sliding bifurcation,SL)的诱导,由于转迁相互不可逆性,形成GR-SN和(GR-SL)-SN等不同形式的多态共存区。系统间隙和恢复系数减小,黏滞-黏着运动频带变宽,起始点向高频方向延伸。     

基于功率谱灵敏度分析的结构损伤识别方法

在分析结构响应功率谱密度对结构单元刚度灵敏度基础上,提出平稳随机激励作用下结构损伤识别新方法。利用随机振动虚拟激励法,获得平稳随机激励下结构响应功率谱密度函数对结构损伤参数的灵敏度,用有限元模型修正实现结构损伤识别。经对剪切结构损伤识别数值结果表明,该方法仅用有限个传感器频域数据,即能较好识别结构损伤。     

多自由度Duffing系统受演变随机激励的非平稳响应

用等效线性化法将受演变随机激励的非线性多自由度Ｄｕｆｆｉｎｇ系统等效为线性时变系统,用虚拟激励法来求解该时变系统的非平稳响应。具有计算简单、精确、效率高的特点。该演变随机激励的谱密度不局限于白噪声和过滤白噪声,各激励之间可以存在相位差。该方法的计算精度由Ｍｏｎｔｅ－Ｃａｒｌｏ法得以验证。     

跑道不平整激励下飞机滑跑动载分析EI北大核心CSCD

为探究跑道不平整状态和滑跑速度对飞机滑跑动载的影响规律,利用ADAMS/Aircraft软件建立了B737-800的虚拟样机模型,采用功率谱密度重构跑道不平整,进行了飞机多工况匀速滑跑仿真,并根据道面不平整方差与功率谱密度间的关系推导了最大动载系数预估方程。结果表明:不平整指数C和频率指数w的增大,均会引起动载系数变异性和最大动载系数的增大;最大动载系数随不平整指数C的增长速度逐步减小,而随频率指数w的增长速度呈现逐步增大的趋势;受升力和不平整激励的共同作用,最大动载系数随滑跑速度增加先增大后减小,出现极值和相应的敏感速度;敏感速度随着C和w的增大而增大,受w的影响更为显著;建立的飞机滑跑最大动载系数预估方程与仿真数据相关性很好(R^(2)>0.93),大部分实测机场跑道(C=0~0.4,w=2.0~2.6)的敏感速度最高为150.4 km/h,最大动载系数可达1.163。     

非一致地震激励的改进位移输入法:误差分析与应用EI北大核心CSCD

非一致激励其破坏性效应复杂,大跨结构地震反应计算时应合理考虑其影响。该研究针对位移输入法(displacement input method,DIM)计算大跨结构非一致地震响应时存在的误差和来源展开研究。采用Rayleigh阻尼假定,分析了某长跨桥梁结构的地震反应及误差,指出了DIM对不同地震动效应的适用性和误差产生的原因。而后讨论了差动激励的常用算法和模拟理论的差异,最后提出了改进的位移输入法(improved displacement input method,IDIM),并进行了验证。结果表明:DIM用于求解大跨结构的非一致地震响应时存在不可忽略的误差,其大小与输入的地震动特性和刚度比例阻尼系数β相关,且随着β的增大而增大。DIM误差来源于忽略了C_(ts)△X_(s)阻尼项(与地震动增量速度和β相关);通过2种IDIM与已有方法对比可知,DIM对于脉冲地震动作用和β较大的情形(较长自振周期)不再适用;所提出的IDIM对于多点激励结构反应计算精度好、算法易用且可靠。最后建议了通用的非一致地震激励结构反应分析流程,考虑了近断层效应、残余位移等并最小化了大刚度、大质量法的舍入误差,研究成果可推广用于大型结构非一致激励的动力响应计算。     

黏弹性耗能结构系统非均匀和完全非平稳响应的精细积分格式

为建立黏弹性耗能结构及其保护系统的抗震分析与设计方法,结合虚拟激励法对设置支撑的Maxwell阻尼耗能系统均匀与非均匀非平稳、完全非平稳随机地震响应的数值分析方法进行了系统研究.构造设置支撑的Maxwel阻尼耗能系统,通过扩阶方法建立结构动力方程;基于高效的虚拟激励法,提出了均匀与非均匀非平稳、完全非平稳响应的简谐-指...     

非平稳激励下薄板结构减振附加阻尼层的拓扑优化

讨论了附加阻尼层的薄板结构在非平稳随机力作用下以减振为目标的阻尼材料层的拓扑优化问题。建立了以阻尼材料的相对密度为设计变量,以结构非平稳响应位移方差最小化为目标和阻尼材料用量为约束条件的拓扑优化模型。由于结构受到非平稳随机激励作用,其随机响应可以采用时域显式法快速求解;随机响应方差对设计变量的灵敏度采用了基于伴随变量法的时域显式法进行分析,并采用优化准则法求解优化问题。数值算例验证了所提方法在非平稳随机激励作用下进行动力拓扑优化减振的可行性与有效性。     

随机激励作用下硬涂层薄板振动有限元分析及减振预估

硬涂层减振是一项新兴的阻尼减振技术,硬涂层复合结构在随机激励载荷作用下的振动特性建模与分析方法还未开展研究.将有限元建模方法和虚拟激励法(pseudo excitation method,PEM)相结合,实现了随机激励作用下硬涂层悬臂薄板结构振动建模及减振性能预估.首先,基于等效单层法创建了双面涂敷硬涂层的薄板结构振动...     

考虑随机效应的Clough-Penzien功率谱参数预测模型及地震动合成EI北大核心CSCD

国内外学者对典型的地震动参数(a PG,v PG,SAs,I A,Ds等)预测方程的研究不断深入,但对于表征地震动频谱特性的功率谱模型参数预测方程的研究却很少。鉴于地震动的频谱特性与震源特性、传播路径和场地条件紧密相关,该研究基于地震动传播的物理机制建立了Clough-Penizien功率谱(C-P谱)模型参数的预测模型。为了更好地描述不同地震事件不同记录之间的相关性,对模型考虑随机效应,建立了谱参数的预测随机效应模型。采用改进的随机效应一次迭代回归算法,对各类场地C-P谱模型参数的预测随机效应模型进行回归分析,确定了模型系数。结合相位谱的物理传播模型与所提出的C-P谱参数预测模型,构建了“震源-传播路径-局部场地”物理传播机制的随机函数模型。算例分析结果表明,该研究提出的谱参数预测方程模型与实际功率谱拟合较好,模拟得到的地震动记录与原始地震记录的时频特性十分接近,可以较好实现地震动记录的模拟和预测,对地震危险性、易损性和风险分析及抗震设计与评定具有重要的指导意义。     

非平稳地震动过程模拟的谱表示-随机函数方法

在Priestley演变谱理论的基础上,采用随机函数的思想,建议了一类新的全非平稳过程模拟的谱表示-随机函数方法。在谱表示-随机函数方法中,实现了用2个基本随机变量即可精确表达原随机过程的目的。通过选取基本随机变量的离散代表点集,可以直接由演变功率谱密度函数生成具有给定赋得概率的代表性样本集合。以全非平稳地震动加速度过程的演变功率谱为例,验证了本文方法的有效性和优越性。最后,结合概率密度演化方法,进行了Duffing振子的随机地震反应分析与抗震可靠度计算。