弹性-粘弹性复合结构系统的随机响应分析

本文建立在随机振动时域复模态分析的基础上,利用扩阶状态变量,将弹性－粘弹性复合结构系统的微分积分动力学方程变换成常规的状态方程,提出了一种分析弹性－粘弹性复合结构系统随机响应的方法,得到了弹性－粘弹性复合结构系统在平稳随机激励下响应相关函数矩阵的表达式,并对典型的平稳随机激励（平稳白噪声激励及平稳滤过白噪声激励）情形,进行了分析,得到了典型平稳随机激励下,弹性－粘弹性复合结构系统响应相关函数矩阵的复代数解析表达式。所提分析方法简便、易用,无论单自由度系统或多自由度系统均可适用。本文方法为粘弹性系统的随机响应分析提供了一条途径。     

弹性-粘弹性复合结构随机响应的各阶谱矩的计算方法

提出了一种新的计算弹性-粘弹性复合结构随机响应的各阶谱矩的计算方法，它是一种时域复模态分析方法。利用此方法获得了弹性-粘弹性复合结构在白噪声、滤过白噪声等典型平稳随机激励下随机响应的各阶谱矩的解析表达式，分析了粘弹性对各阶谱矩的影响。此计算方法简便、易用，无论单自由度或多自由度系统均适用，为进一步研究弹性-粘弹性复合结构在随机激励下的可靠性打下良好基础。     

环境激励下基于相关函数的脉冲响应函数重构

在白噪声激励下,结构响应的相关函数作为脉冲响应函数的近似可以进行模态参数辨识,但其物理意义始终缺乏明确解释;相比于脉冲响应函数,基于相关函数的辨识缺少了模态参与因子或者说质量信息,这也是工况模态分析(OMA)方法的主要缺陷。简要回顾了复模态下的自然激励技术原理,证明了白噪声激励下位移响应的相关函数等价于系统在特定初始条件下的自由响应,给出相应初始条件的计算方法;进一步提出了一种系统质量分布的辨识方法,并藉此重构得到系统脉冲响应函数。讨论了相关函数误差与信号时长及激励带宽之间的关系。通过仿真和试验验证了所得结论。     

演变随机激励下线性结构的非平稳响应特性

本文采用复模态分析法,考察了常参数线性阻尼系统在演变随机激励下的非平稳响应特性.得到了响应时变相关函数矩阵的闭式解.所得结果通用于经典阻尼与非经典阻尼情形.方法简便实用,它将非平稳随机响应问题归结为复代数运算.所附算例分别就演变随机激励与相应的突加平稳激励情形,对系统时变均方响应的结果进行了对比.     

结构非平稳随机响应方差数值计算方法

对受非平稳随机激励的工程结构,建立了在任意调制的演变随机白噪声和有色噪声激励下,结构响应方差矩阵的计算方法.提出了矩阵微分方程的数值解法,首先将矩阵微分方程转换为普通的代数微分方程,再应用常规的ODE求解器进行求解.该方法可以处理任意调制的演变随机白噪声或有色噪声,原理简明,易于掌握和应用.文中介绍了相应的关键计算步骤.数值仿真算例显示了该方法的正确性和可行性.     

随机振动时域模态分析的若干新发展

本文综述随机振动复模态时域分析的新发展。汇集了线性阻尼系统在各种典型随机激励下,平稳响应相关特性的闭式解,以及在演变噪声激励下非平稳均方响应的闭式解。并介绍时域模态分析在系统响应谱矩计算、组合系统的响应分析,以及某些非线性随机响应问题中的应用。     

非稳态环境激励下线性结构的模态参数辨识

假定任意随机激励信号由白噪声与非白噪声信号组成，由此导出线性结构响应之间的相关函数由两部分组成，一部分与脉冲响应具有相同的数学形式，另一部分为其它形式，利用模态分解法的基本原理，把相关函数分解为各个模态函数的叠加与余项之和，这样，第一部分信号已经分解为不同的模态函数，第二部分中的周期信号也变成了模态函数，这就把非稳态环境激励下多自由度线性结构系统的模态参数辨识问题转化为类似于已知各个单自由度系统的脉冲响应进行模态参数辨识问题，理论和模拟实验表明，本文成功地利用模态分解法进行非稳态环境激励下多自由度线性结构系统的模态参数辨识，其主要优点是，无论是白噪声激励，稳态随机激励还是非稳态随机激励，仅根据结构的响应不仅能辨识线性结构的模态参数，而且能有效地识别出环境激励中的周期成分。     

非负矩阵分解在地震作用下结构随机响应分析中的应用

地震动作为一类典型的非平稳随机过程可由演变谱刻画其能量的时-频分布。然而,演变谱的时-频耦合特性却限制了经典谱表示法的模拟效率。为提高非平稳地震动模拟效率,简化非平稳地震作用下结构随机响应分析,提出了基于非负矩阵分解(nonnegative matrix factorization,NMF)的地震动演变谱解耦方案,使结构在非平稳地震作用下的响应计算简化为各项均匀调制激励下的结构随机响应叠加。分析结果表明,基于非负矩阵分解的地震动演变谱解耦具有良好的精度,快速傅里叶变换技术的引入提高了经典谱表示法的模拟效率,模拟样本自相关函数与目标值吻合良好,非平稳地震作用下结构随机响应频域分析得到简化。     

一种非稳态环境激励下线性结构的模态参数辨识方法

假定任意随机激励信号由白噪声与非白噪声信号组成,由此导出线性结构响应之间的相关函数由两部分组成,一部分与脉冲响应具有相同的数学形式,另一部分为其它形式.利用模态分解法的基本原理,把相关函数分解为各个模态函数的叠加与余项之和.这样,第一部分信号已经分解为不同的模态函数,第二部分中的周期信号也变成了模态函数.这就把非稳态环境激励下多自由度线性结构系统的模态参数辨识问题转化为类似于已知各个单自由度系统的脉冲响应进行参数辨识问题.理论和模拟实验及斜拉桥模型参数辨识实例表明,已成功地利用模态分解法进行非稳态环境激励下多自由度线性结构系统的模态参数辨识.其主要优点:一是无论是白噪声激励、稳态随机激励还是非稳态随机激励,仅根据结构的响应辨识线性结构的模态参数;二是能有效地识别出环境激励中的周期成分.     

一种白噪声环境激励下模态参数辨识方法

根据ITD法的思想和白噪声响应之间的关系数的特点，提出了一种白噪声环境激励下模态参数辨识的方法，该方法利用白噪声响应之间的相关函数与脉冲响应具有相同的数学表达式构造数据矩阵，根据数据矩阵求出特征矩阵，在此基础上，解决了对何种参数进行平均才能利用提高辨识参数的精度，并减少计算工作量以及如何控制参数的辨识精度问题，在理论和实践上探讨了只有对相关函数平均才能在最短计算时间内提高参数辨识的精度，模拟实验表明所提出的白噪声环境激励下模态参数辨识方法的有效且对测量噪声具有鲁棒性。     

隔震结构系统线性黏弹性液体阻尼器非平稳响应分析法

为建立线性黏弹性阻尼器抗震动力可靠度分析法和基于反应谱的模态叠加抗震设计法,对隔震系统线性黏弹性液体阻尼器时域瞬态响应的模态叠加解析解和非平稳随机地震响应分析法进行了系统研究。采用最一般的线性黏弹性阻尼器的积分型分析模型,用非对称微分积分方程组实现设置线性黏弹性液体阻尼器的隔震结构系统的时域非扩阶建模;采用传递矩阵法,直接获得隔震结构系统及其一般线性黏弹性液体阻尼器在任意激励和非零初始条件下时域瞬态响应的非扩阶模态叠加解析解;应用此解析解和快速虚拟激励法,建立隔震系统及其线性黏弹性液体阻尼器在均匀与非均匀调幅滤过白噪声非平稳地震激励下的非平稳响应分析法。所获得的时域瞬态响应解析解以及所建立的一般非平稳随机地震响应分析法,将为建立整体隔震系统各构件抗震动力可靠度和基于反应谱的模态叠加抗震设计法提供分析路径。     

黏弹性隔震系统非均匀与完全非平稳地震响应解析分析

为建立设置支撑的实用黏弹性阻尼器耗能结构及阻尼器系统的抗震动力可靠度分析方法,提出了在非扩阶空间上,基于非均匀和完全非平稳地震激励下,设置支撑的实用黏弹性阻尼器耗能隔震系统响应的通用解析解。对于设置支撑的实用黏弹性阻尼器做等效变换,并建立隔震结构系统的运动方程,在非扩阶空间上获得系统在任意激励和非零初始条件下瞬态响应的非正交模态叠加精确解。基于地震动的强度非平稳和频率非平稳,获得了耗能隔震结构位移、速度,阻尼器受力、受力速度,支撑位移、速度以及阻尼器位移、速度的非平稳均方响应通用解析表达式,并具体得到经典均匀与非均匀调制非平稳随机地震激励和C-P完全非平稳地震动功率谱模型的具体响应解析解。通过结构系统各响应基于该方法的频响函数与直接求解的频响函数对比验证了该方法的正确性。该分析方法的建立为设置支撑的实用黏弹性阻尼器耗能结构及阻尼器系统的抗震动力可靠度分析乃至抗震设计方法的研究提供了一套新的分析途径。     

基于渐近小波分析的随机激励下结构系统识别研究

提出了基于相关函数预估计和渐近小波分析的结构系统识别方法,此方法可以从结构随机环境振动响应中识别出结构的模态参数和物理参数。证明了在广谱白噪声环境激励下,结构随机振动相关响应的Morlet小波系数图的脊线值包含了解耦的结构模态信息,可用于结构的模态参数识别。如果知道随机激励的功率谱强度,还可以识别结构的质量、刚度和阻尼矩阵等物理参数。三层框架结构数值算例的结果表明上述方法可以准确地从结构随机振动响应信号中识别出结构参数。苏通大桥北索塔环境振动测试试验研究的结果表明此方法对于工程结构环境激振下的结构模态识别具有很好的效果。     

粘弹性减震控制结构随机状态反应分析

利用粘弹性阻尼器进行结构的减震控制是最为常用的被动控制方法,对粘弹性减震控制结构动力反应分析中较多的研究集中于确定性的地震激励分析,然而确定性的地震激励不具有代表性.为此,本文对粘弹性减震控制结构进行了随机状态反应分析,在平稳过滤白噪声激励下建立了减震控制结构的状态方程,然后导出了减震控制结构的位移谱密度反应.通过对加有粘弹性阻尼器的八层框架结构进行实例分析,分析结果表明:具有代表性激励的随机振动方法能准确的分析粘弹性减震控制结构的动力反应,同时谱密度反应的对比结果表明粘弹性阻尼器具有优良的减震效果.     

地震作用的相关性对结构瞬态响应的影响

地震作用一般分解为水平运动分量和竖向运动分量,在这两个运动分量的作用下,结构发生大变形时,可能会经历由地震运动分量演变的外部激励和参数激励过程。由于运动分量间的相关性,推导出实际上这两个激励过程也是相关的,而且是完全相关的,但在过去的研究中,为了简化分析,常常假设这两个激励过程是完全独立的。该文以高斯白噪声和过滤高斯白噪声过程模拟地震动过程,以某一单层框架结构为研究对象,采用累积矩截断法,分析高斯白噪声和过滤高斯白噪声这两种地震动激励下单层框架结构的非平稳地震响应。同时考虑地震动分量间的相关性,得到更为精细化的结构随机地震响应,并分析这种相关性对结构响应的影响。结果表明:将地震动作用模拟为更接近实际的过滤高斯白噪声过程时,地震作用相关性对结构响应的影响更为明显,更为不可忽略。     

随机激励下结构优化功率流控制策略

本文提出了一种新的基于功率流的线性结构优化控制策略，其 目标是尽可能地减小 结构的净功率流，同时又保证控制器吸收的功率满足设计要求。文章推导出这种优化控制算子的一般表达式，通过简化的单自由度模型说明了它在减小随机激励下结构反应方面的 应用，并且给出了在平稳 白噪声和过滤白噪声激励下结构响应的数值计算结果。文章重点分析了在这种优化控制策略中加权函数的频率特性，并对其如何取值得出了一些建设性的结论。     

桅杆结构随机风振的离散分析法

风致振动是桅杆结构安全性的控制因素。由于这种结构存在频谱密集的动力特性,不适合采用振型迭加法进行分析。为此本文引入一种新的频域方法计算桅杆结构随机风振响应。基于随机振动的离散分析理论,推导出白噪声激励下结构动力响应的递推公式。经过对风荷载这种有色噪声进行白噪声滤波,桅杆结构的风致振动描述为白噪声激励下的随机振动。于是离散分析理论适用,推导出桅杆结构随机风振响应的递推公式。采用线性化模型时,该方法绝对收敛。计算结果表明,当桅杆结构处于正常使用状态时,采用离散分析理论可以得到满意的精度。     

基于现代谱估计理论的工况模态分析

大型结构如涡轮发动机，桥梁和淑海建筑等通常都处于变化非常大的一种工作环境之下，承受某种随机的环境激励，这时就需要直接利用工况条件下的响应数据提取模态参数。根据环境激励技术（NExT)的相关理论，线性结构中白噪声响应之间的相关函数与系统的脉冲响应函数具有类似的数学表达形式。本文首先将上述结论推广到复模态中，然后采用现代谱理论，运用谐波恢复的扩充的Prony方法，从相关函数中提取环境激励下的结构的模态参数，该方法由于对实模态和复模态进行了统一的处理，因而对于实模态和复模态都适用，通过仿真数值算例表明，该辨识方法对于环境激励下的系统辨识是合理有效的。     

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。     

基于CEEMD和小波包阈值的组合降噪及泄流结构的模态识别方法

水流荷载激励下,泄流结构模态识别的实测振动信号常受噪声干扰。以往EEMD算法有添加白噪声造成非标准IMF导致的模态分裂问题及IMF有噪声残余不能完整重构信号的完备性问题。而完备总体经验模态分解(CEEMD)法,通过在信号分解的每一层面添加特定高斯白噪声,利用分解后第一阶分量加总平均得到唯一余量计算固有模态函数,克服了EEMD的缺点;同时提出CEEMD与小波包阈值结合的组合降噪方法,运用到向家坝水弹性模型实测振动信号降噪中,验证了该组合方法降噪的有效性;为了提高带噪振动响应模态识别的精度,基于数据相关技术,利用Markov参数构造相关矩阵R,用该相关矩阵重构Hankel矩阵后SVD分解得到系统最小实现,即数据相关特征系统实现法(ERA/DC)。将滤波降噪结合模态识别的整套方法,应用到锦屏一级拱坝的泄流实测振动响应中,得到了较好的应用效果。