非比例阻尼线性结构体系动力分析的拟力实模态叠加法

对于非比例阻尼线性结构体系,利用体系无阻尼实模态来形成模态响应方程时,得到的模态方程组是关于模态阻尼矩阵耦合的。非比例阻尼可以分成两部分:耗散能量的比例阻尼和转换能量的非比例阻尼。基于这种概念,本文采用了一种拟力实模态叠加法来求解非比例阻尼体系的动力分析,即把前述耦合模态方程中代表非比例阻尼的耦合项作为虚力,放到方程的右端,再运用迭代法进行求解。这种方法综合了经典模态叠加法和拟力法的优点。数值算例表明,此方法具有很好的收敛特性,所得结果精度高。我们认为,这种方法可应用于实际工程分析。     

开放系统悬臂类结构的动力特性计算方法

结构总是修建在一定的场地而形成土-结构相互作用的开放系统。为解决开放体系下悬臂类结构的自振频率、振型和考虑辐射阻尼下模态阻尼比的计算问题,提出了脉冲荷载响应模态分析法。该方法采用直接有限元法建立土-结构相互作用有限元模型,对结构施加脉冲荷载得到结构动力反应后,由模态识别方法计算结构的动力特性。随后,以一个悬臂类五层框架结构为例研究了计算动力特性随土体计算范围变化的规律和脉冲荷载激励点位置对计算结果的影响。在此基础上,讨论了土体材料阻尼对模态阻尼比的影响,并与集总参数模型和直接模态分析法进行对比,说明不同方法的计算精度。计算结果表明,随着土域计算范围的增加,脉冲荷载响应模态分析法所得的动力特性将逐渐收敛到精确解;当土体计算范围大于结构基频所对应的波长的2倍时,结构自振频率的误差小于1%,模态阻尼比的误差小于5%;以非模态节点作为激励点都可以得到比较精确的结果;三参数集总参数模型所得模态阻尼比存在显著误差,直接模态分析法所得模型的基频随土域范围增大而趋向于零;相比于辐射阻尼,土体材料阻尼对结构的各阶模态阻尼比的影响较小。     

剪切型基础平动与转动结构随机地震响应分析的复模态法

对多层剪切型结构考虑基础平动与转动的随机地震响应问题进行了系统研究。首先建立了结构运动方程,并根据结构的振动反应以第一阶振型为主的特点,将结构按第一振型展开;然后针对所得运动方程为非对称质量与非经典阻尼矩阵的情况,用复模态法解耦,获得了体系位移、速度和加速度随机响应的解析表达式,并给出了算例。该方法可推广到非平稳地震响应分析     

带TMD结构随机地震响应分析的复模态法

本文对多自由度带TMD结构的随机地震响应问题进行了系统研究。首先将结构简化成多层剪切型模型。然后建立运动方程，根据结构的振动反应以第一振型为主，将结构按第一振型展开，针对所得方程为非经典阻尼，非对称质量和非对称刚度情况，运用复模态理论进行解耦，获得了以第一振型表示的结构地震响应的解析解，对单自由度体系，此解即为结构响应的精确解，从而建立了两自由度体系在任意非经典阻尼，非对称质量和刚度情况下随机地震响应解析解分析的一般方法。本文方法也可用于基础隔震结构和无损伤“加层减震”加固结构的随机地震响应分析与优化设计。     

考虑非比例阻尼的基础隔震结构非线性反应谱研究

对于基础隔震结构而言,其上部结构和隔震层的阻尼特性截然不同,往往呈现出明显的非比例阻尼特性。因此,有必要建立一种考虑非比例阻尼的隔震结构实用计算方法以便于推广和应用。通过用双自由度振动体系模拟基础隔震结构,在建立运动方程时考虑其非比例阻尼效应。通过对该简化模型进行动力时程分析,得到其在近场及远场地震记录作用下考虑非比例阻尼与瑞利阻尼的反应谱,并通过曲线拟合得到了非比例阻尼反应谱和瑞利阻尼反应谱的谱比值与结构自振周期之间的关系式。然后对某实际隔震工程进行地震响应分析,验证所提公式的合理性。     

结构-土相互作用体系的地震作用取值——基于规范地震动模型的复模态时域法

对多自由度结构-土相互作用体系基于规范地震动模型的复模态时域法的地震响应问题进行了系统研究。首先建立了结构运动方程，针对所得运动方程为非对称质量与非经典阻尼矩阵的情况，用复模态法解耦，然后采用与新抗震规范地震动参数一致的Clough-Penzien非平稳随机地震动模型进行随机地震响应分析，获得了体系相对位移方差的时域解。从而可得等效平稳化方差及其峰值，由此便可以得到结构的地震作用取值。晟后，通过一个例子来说明结构-土相互作用体系的地震响应和地震作用取值的计算方法，同时给出了由规范的反应谱法得到的基础固定结构的各质点位移和地震作用取值。     

一种非比例振型阻尼模型及在大规模非线性分析中的应用

该文通过有限元模型的节点振型阻尼比构造了一种非比例振型阻尼模型;给出了非线性显式格式中该文模型阻尼力的高效算法,并结合实际工程对显式求解的稳定性进行了分析。将该文提出的非比例阻尼模型和高效算法在自主研发的CPU+GPU并行非线性分析软件中进行实现,对有限元模型自由度数达到百万量级的超高层钢-混凝土混合结构广西东盟塔进行动力时程分析,对该文并行算法的效率和非比例阻尼对结构动力响应的影响进行了研究。     

结构动态载荷识别的精细逐步积分法

对比例阻尼系统给出了基于精细逐步积分法的动态载荷识别方法．首先将系统进行模态坐标变换得到无耦合运动方程,然后应用精细逐步积分法构造一种高效精确的载荷识别公式,再由结构动态响应求出动态力的时间历程。数值算例验证了本方法的识别精度是好的。     

结构动力优化中的灵敏度分析

本文首先归纳了计算结构自振频率和振型灵敏度的方法。在此基础上,对于结构受简谐干扰力作用时的稳态响应,推导了灵敏度计算式(包括比例阻尼及非比例阻尼情况)。文中给出的例题表明了有关灵敏度算式的有效性。     

阻尼矩阵选取对核电厂结构地震响应的影响分析

已有研究表明时程动力法中阻尼矩阵的确定对复杂结构工程的地震响应有明显的影响,而核电厂安全相关结构在抗震分析时通常采用时程动力法。为研究阻尼矩阵的选取对核电厂结构的地震响应的影响,从比例阻尼拟合的精度出发,基于结构不同振型对结构产生的影响程度入手,建立更为精确的结构阻尼模型,即等效比例阻尼,并进一步考虑结构自振特性以加权最小二乘法拟合确定等效比例阻尼系数,提出了核电厂结构地震响应分析相应的计算方法。计算结果表明,该方法较传统比例阻尼的方法更接近精确解,是核电工程抗震分析的一个实用参考应用。     

隔震结构复振型分解反应谱方法研究EI北大核心CSCD

隔震结构一般具有非比例大阻尼特性,使得复振型分解反应谱方法的研究越来越重要。该研究通过隔震结构运动方程考虑非比例阻尼矩阵的耦合影响,根据复模态和平稳随机过程理论提出了隔震结构复振型分解反应谱方法,分别采用瑞利阻尼、振型叠加阻尼系数和阻尼比换算阻尼系数3种方法来组装形成4种不同的非比例阻尼矩阵,并以隔震结构特点分析了阻尼矩阵适用性;随后对比分析了在天然波反应谱作用下,不同阻尼矩阵组装方式下隔震层等效周期、等效阻尼比、对完全平方组合(CQC)和复振型完全平方组合(CCQC)方法计算精度的影响规律;最后基于设计反应谱CQC和设计反应谱CCQC反应谱方法,研究了隔震层不同等效周期和等效阻尼比对隔震结构的楼层位移、楼层剪力和楼层倾覆矩误差影响规律。研究结果表明,阻尼系数方法更适合用于非经典阻尼矩阵的构造,CQC反应谱方法在近场地震下不能准确反映实际响应,且其使用范围受限较多,而CCQC反应谱方法可以很好的反映隔震结果的地震响应。     

结构动态载荷识1别的精细逐步积分法

对比例阻尼系统给出了基于精细逐步积分法的动态载荷识别方法.首先将系统进行模态坐标变换得到无耦合运动方程,然后应用精细逐步积分法构造一种高效精确的载荷识别公式,再由结构动态响应求出动态力的时间历程.数值算例验证了本方法的识别精度是好的.     

基础隔震结构基于Clough-Penzien谱随机地震响应分析的复模态法

对多自由度基础隔震结构基于Clough-Penzien谱随机地震响应问题进行了系统研究。首先建立了运动方程，然后用第一振型将上部结构展开，针对所得方程为非经典阻尼、非对称质量和非对称刚度情况，用复模态法和扩阶法解耦，获得了以第一振型表示的结构随机地震响应的解析解，对单自由度隔震体系，此解即为结构响应的精确解，从而建立了两自由度体系在任意非经典阻尼、非对称质量和非对称刚度情况下基于Clough—Penzien谱随机地震响应解析解分析的一般方法。该方法也可用于带TMD、TLD结构、无损伤“加层减震”加固结构的随机地震响应分析及其基于动力可靠性约束的优化设计。     

一般阻尼线性系统随机地震反应分析

本文给出了一种物理意义明确的计算一般阻尼线性系统随机地震响应的方法．对于系统内部无调谐作用的情况，得到了在数学格式上与比例阻尼系统完全相同的系统响应的简化计算方法。     

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。     

利用部分加速度测量的多自由度结构质量及滞回力识别

在强动力荷载作用下结构滞回力可直接描述损伤的发生发展过程，并用于结构耗能的定量评估。提出一种仅利用结构部分自由度上加速度响应时程且结构刚度、阻尼、质量均未知时的结构质量识别迭代和滞回力识别方法。首先基于质量预估值利用扩展卡尔曼滤波方法预测结构的位移和速度响应以及未知加速度响应，利用二重切比雪夫多项式对质量进行更新并迭代直到收敛，最后基于收敛的质量识别值描述结构滞回性能，识别结构滞回力。在一个多自由度集中质量数值模型中引入磁流变阻尼器模拟非线性构件，在结构仅已知部分自由度上加速度响应时程的条件下，数值模拟结果发现结构质量分布和阻尼器的滞回阻尼力均有良好的识别结果，同时考察了测量噪声的影响。     

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。     

基础隔震结构的运动方程与阻尼矩阵在动力响应分析中的适用性研究

结构阻尼模型和运动方程是影响结构抗震动力分析精度的关键因素。由于基础隔震结构地震响应具有显著的特殊性,因此普通非隔震结构地震响应算法未必适用。基于这一认识,重点研究基础隔震结构动力分析方法中采用的各种模型,考虑基于不同地震动输入的结构阻尼模型和运动方程。研究发现,采用现有常规方法构造隔震结构阻尼模型时,上部结构会随着隔震支座发生刚体位移时产生阻尼力,这将可能导致计算精度的显著降低。针对这一问题,提出了确定基础隔震结构阻尼矩阵的一般方法,给出了基于上部结构阻尼矩阵和隔震层阻尼常数的通用表达式。采用隔震结构剪切型模型,给出了结构矩阵的解析表达式,并以此为基础进行了算例验证。研究结果表明,目前常用的隔震结构阻尼模型可能会高估结构的阻尼作用,从而低估结构响应;采用位移输入模型会高估隔震层相对位移、低估上部结构响应,当隔震层等效阻尼比达到0.3时,相对偏差可达到34.6%和-31.1%,而采用位移-速度输入模型可得到与加速度输入模型一致的分析结果,故应采用位移-速度输入模型代替传统的位移输入模型。     

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。     

基于动态递归神经网络的半主动控制结构响应预测

提出了一种多输入多输出分支动态递归神经网络模型,利用梯度下降法推导了网络权值调整公式。该模型针对结构控制中结构状态变量、控制变量和外激励荷载对结构的响应有不同的影响,采用分支输入递归处理,不但结构响应预测精度好,而且大大提高了动态网络的学习和训练效率。应用该模型对线性结构和非线性结构在变阻尼控制和外荷载激励下结构的响应进行了数值仿真,表明所提的动态递归神经网络可以达到较高的预测精度。该模型为利用神