准静力补偿技术在大跨度屋盖结构风致响应计算中的应用

大跨度屋盖结构因跨度大、质量轻等特点对风荷载较为敏感,风荷载通常是结构设计的控制荷载.该类结构风致响应计算表现出多模态参与以及模态耦合项不能忽略的特点,采用传统模态叠加法截取模态数多导致计算繁琐,因此需要研究一些精确而高效的方法.将准静力补偿技术应用于风致响应分析中,块里兹向量法在前处理阶段考虑脉动风荷载的空间分布特点,生成的初始向量为脉动风荷载空间分布模式的静力响应,保证生成的向量都对响应有贡献,而模态加速度法在后处理阶段采用准静力补偿理论补偿被忽略的高阶模态带来的误差,基于准静力补偿技术建立上述两方法之间的紧密联系.借助风洞试验同步测量的风压数据,以0.1矢跨比单层球面网壳结构为例进行风致响应计算,通过对比分析验证准静力补偿技术有效性.     

单层球面网壳结构风致响应计算的块里兹向量法

单层球面网壳结构自振频率密集，且高阶模态可能对结构的风致响应有较大贡献。利用传统模态叠加法计算结构风致响应时需截取较多的模态，导致计算效率较低。本文提出的块里兹向量法所生成的向量都是被荷载所激发的，因此仅使用少数向量即可获得准确的响应结果。块里兹向量迭代所需的多荷载模式可以利用本征正交分解（POD）技术获得，这种技术将脉动风压场分解为与时间无关的协方差模态以及与空间位置无关的主坐标。根据风洞实验同步测量的风压数据，利用本文计算了0．1和0．2矢跨比的单层球面网壳的风致响应。通过与传统模态叠加法计算结果的对比分析说明了本文方法的有效性。     

基于能量的大跨屋盖结构共振响应模态耦合效应分析

提出一种简单判别共振响应模态耦合效应的分析方法,该方法综合考虑结构的动力特性和风荷载特性,定义了共振响应模态耦合系数。依据该系数,通过几个特征参数(如结构模态和风荷载信息)就可以快捷的判断模态间共振响应耦合效应强弱,实现对共振响应耦合主导模态的选取。在此基础上,给出了大跨屋盖结构考虑模态间耦合效应的共振响应实用组合方法。最后,将该方法用于国家体育场屋盖结构风致动力响应分析,验证了其有效性。     

“四肢伸展型”大跨屋盖风致响应分析

本文基于刚性模型风洞测压试验结果,对深圳机场T3航站楼这一“四肢伸展型”大跨屋盖结构采用平稳激励下随机振动模态叠加法（CQC法）进行计算,分析了结构风致响应,并讨论了等效静力风荷载的分布特性。计算结果表明,“四肢伸展型”大跨屋盖各部分之间的气动干扰效应非常强烈且相当复杂,将增大整体结构上的风荷载;抗风设计时,不仅要注意屋盖边缘悬臂处的位移,还要关注结构中部的节点位移;风致响应以静力响应为主,但动力响应中,共振响应一般大于背景响应。以上分析可为类似大跨屋盖结构的抗风设计提供一定的参考。     

考虑带宽修正的大跨屋盖结构非高斯风压极值估计方法

针对大跨屋盖结构表面风压宽频谱特性与极值风压估计方法问题。提出一种基于带宽修正的高斯转化法求解非高斯风压峰值因子,结合大跨屋盖结构风洞试验,采用该方法和现有极值风压评估方法对大跨屋盖结构表面极值风压开展了系统的对比验证研究。结果表明：高斯峰值因子法估算的大跨屋盖结构表面风压峰值因子明显偏离了非高斯风压的峰值因子;忽略带宽参数的Hermite矩模型高估了非高斯风压的峰值因子;相对于修正带宽的Hermite矩模型和目标概率法,提出的修正带宽高斯转化法与Sadek-Simiu法估计的大跨屋盖结构风压峰值因子更为准确,与试验观测值整体上最接近,且提出的修正带宽高斯转化法得到的结果误差及离散性均较小,能够高效合理地提供大跨屋盖结构表面非高斯风压峰值因子。     

空间网格结构频域风振响应分析模态补偿法

大跨空间网格结构是频率密集性结构,按照模态分析法,尽管考虑多阶振型的影响有时也难以包含所有的主要贡献模态。从数值分析中可以发现,大跨空间网格结构风振分析中往往存在着一些高阶振型,它对风振响应的贡献比较大,但由于其频率高往往很容易被忽略。本文根据模态对系统应变能的贡献,提出了一种有效的选取主要贡献模态的方法,为了克服包含所有主要贡献模态的困难,本文提出了一种简单的方法来补偿由于高阶模态遗漏而产生的误差,并通过一个网壳的算例对所提出方法的有效性进行了验证。     

鞍形索网屋盖结构风振响应分析的Ritz-POD法

鞍型索网屋盖结构频率密集,当采用基于随机振动理论的振型叠加法进行分析时,如果只考虑前几阶或者十几阶振型很难得到准确结果,这就需要考虑多阶振型的影响,而应该选取多少阶振型,选取哪些振型,目前还没有一个系统且准确的选取方法。为此,提出了一种有效的选取结构主要振型的方法,即Ritz-POD法,该方法主要是联合运用Ritz向量叠加法和本征正交分解法(POD法),在频域内进行大跨度屋盖结构的风振响应分析,并采用该方法分析一鞍形索网屋盖结构的风振响应,同传统的振型叠加法的计算结果进行了比较,证明了该方法的准确性及高效性。     

单层网壳结构风振响应的主要贡献模态识别

网壳结构具有频谱分布密集、振型复杂的动力特性，在对该类结构进行风振响应分析时，通常存在着一些对响应贡献较大的高阶振型，但由于其频率较高而容易被忽略。因此，研究网壳结构风振响应的主要贡献模态分布规律有利于提高结构风振响应计算的精度和效率。本文利用Ritz-POD法，分析了单层球面网壳和单层柱面网壳结构风振响应的主要贡献模态，着重考察了主要贡献模态的自身参振能力。及其与脉动风压空间分布模式之间的关系。在此基础上，初步给出了网壳结构风振响应的主要贡献模态识别准则。     

状态空间法在浮筏隔振系统响应分析中的应用

一、引言在机械隔振中，隔振系统的动态响应分析是一个非常重要的问题。求解隔振系统动态响应的方法有很多，其中较成熟的有两种：模态叠加法和直接积分法。模态叠加法需要先求出系统模型的特征值和特征向量，建立模态矩阵并进行坐标变换，才能使系统运动方程解耦。若是有阻尼的系统，还需要作一个比例阻尼或模态阻尼的假设。对解耦后各个独立的单自由度方程，虽然应用Ｄｕｈａｍｅｌ积分得到各模态坐标响应的解析解，但是对于激励力较复杂的情况，该积分的求解就非常困难。直接积分法的适用范围相对较广，但是由于该算法的稳定性问题比较复…     

大跨屋盖的包络等效静风荷载

根据大跨屋盖不同等效目标的静风荷载分析,提出包络等效静风荷载的概念和估算方法.比较了不同等效目标的等效静风荷载产生的屋盖节点竖向位移峰值响应以及杆件内力峰值响应,说明包络等效静风荷载产生的各种响应与实际可能出现的最不利情况比较接近,因而能较全面地反映大跨屋盖结构风振响应的特征.而且还根据柱壳屋盖风洞试验结果分析了杆件内力响应背景分量和共振分量的模态分布,讨论了不同结构刚度对杆件内力共振响应及背景响应的影响.     

与静力子结构结合的 Ritz 向量直接迭加法

本文把Ritz 向量直接迭加法同静力子结构相结合,不形成也不存贮总体刚度、质量矩阵,使动力分析在子结构的层次上进行,降低了对计算机内存容量的要求。本方法在有限元和Ritz向量直接迭加法的基础上,没有引入新的假设,因此,比起传统的求解大型结构固有振动的模态综合法来精度是有保证的。     

结构动力分析的静态子结构法

文中把静态子结构法与 Ritz 向量直接叠加法相结合,构成了结构动力分析的静态子结构方法,这一方法对于大型结构的动力分析问题是十分有效的。     

基于改进Ritz法的耗能减震高层建筑结构地震响应分析

用改进Ritz法计算耗能减震高层建筑结构的地震响应。改进Ritz法采用基于外荷载空间分布的Ritz向量和基于外荷载频率的Ritz向量。其中,基于外荷载空间分布的Ritz向量用Lanczos法形成。基于外荷载频率的Ritz向量则用外荷载主频的平方进行特征值平移后再用Lanczos法形成。文中还给出上述两种Ritz向量的截断标准。之后用改进Ritz法的Ritz向量对结构动力方程进行线性变换。由于耗能减震高层建筑结构的阻尼是非比例阻尼,广义阻尼矩阵是非对角矩阵,所以文中采用拟力实模态法对线性变换后的耦联动力方程进行求解。最后的算例说明该方法用于耗能减震高层建筑结构的地震响应分析是有效可行的。     

Model-size reduction for the analysis of symmetric structures with asymmetric boundary conditions

A simple computational procedure is presented for reducing the size of the analysis model for a symmetric structure with asymmetric boundary conditions to that of the corresponding structure with symmetric boundary conditions. The procedure is based on approximating the asymmetric response of the structure by a linear combination of symmetric and antisymmetric global approximation vectors (or modes). The key elements of the procedure are (a) restructuring the governing finite element equations to delineate the contributions to the symmetric and antisymmetric components of the asymmetric response, (b) successive application of the finite element method and the classical Rayleigh–Ritz technique. The finite element method is first used to generate a few global approximation vectors (or modes). Then the amplitudes of these modes are computed by using the Rayleigh–Ritz technique. A tracing parameter is introduced which identifies all the contributions to the antisymmetric response. The global approximation vectors are selected to be the solution corresponding to a zero value of the tracing parameter and the various-order derivatives of the solution with respect to this parameter, evaluated at zero value of the parameter. The size of the analysis model used in generating the global approximation vectors is identical to that of the corresponding structure with symmetric boundary conditions. The effectiveness of the computational procedure is demonstrated by means of numerical examples of linear static problems of shells, and its potential for solving non-linear problems is discussed.     

Computation of the time‐history response of dynamic problems using the boundary element method and modal techniques

The boundary element method in combination with modal techniques is used to calculate the response of transient excited structures in the time domain numerically. If the system matrices of a structure are evaluated with a fundamental solution in the frequency domain these matrices become functions of frequency which normally cannot be expressed analytically. The associated eigenvalue problem therefore is non‐linear and difficult to solve. For simplification a series expansion formula for the fundamental solution is used in different frequency ranges. Then the eigenvalue problem can be linearized and solved by direct or iterative methods. By using the orthogonal properties of the eigenfunctions, the normal modes of the dynamic problem can be uncoupled as is well known in vibration analysis. That way the transient response of a dynamic excited system in the time domain can be determined without difficulties. Displacements and stresses at different points of the structure are the result. Difficulties in the formulation of time‐dependent problems using the boundary element method can be avoided. There is no problem in considering modal damping factors, for general damping characteristics the associated fundamental solutions have to be found. Several examples are studied in the paper to illustrate how the new method can be applied. Copyright © 1999 John Wiley & Sons, Ltd.     

Application of load-dependent Ritz vectors to Bayesian probabilistic damage detection

This paper demonstrates the possibility of incorporating load-dependent Ritz vectors as an alternative to modal parameters into a Bayesian probabilistic framework for detecting damages in a structure. Recent research has shown that it is possible to extract load-dependent Ritz vectors from vibration tests. This paper shows that load-dependent Ritz vectors have the following potential advantages for damage detection over modal vectors: (1) in general, load-dependent Ritz vectors are more sensitive to damage than the corresponding modal vectors; and (2) substructures of interest can be made more observable using the load-dependent Ritz vectors generated from particular load patterns. An eight-bay truss example and a five-story frame example, explicitly considering both modeling error and measurement noise, are presented to illustrate the applicability of the proposed approach.     

一般线性粘弹性阻尼器耗能结构瞬态响应的非正交振型叠加精确解

对一般线性粘弹性阻尼器(含线性橡胶隔震支座)耗能结构的非正交振型叠加精确解法进行了系统研究。首先采用最一般的线性粘弹性阻尼器的积分型精确分析模型,用微分积分方程组实现一般粘弹性阻尼器耗能结构的时域非扩阶精确建模;然后采用传递矩阵法,直接在耗能结构原始空间上获得了一般线性粘弹性耗能变频结构在任意激励和非零初始条件下位移与速度时域瞬态响应的非正交振型叠加精确解;通过与3种典型结构的对比分析,验证了该精确解的正确性、简易性和普适性。该非扩阶精确解具有明确的物理意义,可视为现有比例粘滞阻尼定常结构的经典正交振型叠加精确解在一般线性粘弹性阻尼耗能变频结构的推广,能从本质上精确揭示耗能结构的振动机理,即尽管耗能结构的振型不具有正交性,但耗能结构响应仍然可精确分解为各振型响应的线性组合。此振动机理将为建立耗能结构精确的振型分解反应谱法提供分析路径,同时可将现有用于一般粘滞阻尼定常结构的参数识别、动力修改、最优控制及优化设计等方法推广到一般粘弹性阻尼变频非定常结构。