复阻尼结构动力方程的高斯精细时程积分法

复阻尼振动系统的瞬态响应通常只能在频域内求解。该文根据复阻尼理论应遵循对偶复化的原则,结合精细积分指数矩阵和高斯积分的运算方法,通过理论推导,给出了复阻尼结构动力方程的高斯精细时程积分法。分别采用Newmark-法和高斯精细时程积分法计算了复阻尼多自由度系统地震时程响应,并与频域法（视为精确解）的计算结果进行比较。结果...     

任意随机激励下结构随机振动分析的一种数值方法

应用复化Cotes数值积分方法改进精细积分方法,建立一种新的高效的精细积分方法：C-PTSIM,并基于有限元理论讨论了此方法在任意随机激励下线性结构随机动力响应的应用。采用复化Cotes积分方法计算结构动力响应状态方程一般解的积分项,推导出随机激励下结构动力响应的显式表达式,利用一阶矩和二阶矩运算规律计算结构响应的均值和方差。C-PTSIM方法避免了精细积分过程中系数矩阵求逆问题,有效改善了精细积分在时间步长内载荷线性化假设带来的误差,在不改变时间步长时采用高次数复化积分时获得与更精细步长时同样精度的结果,表明该方法对时间步长的弱敏感性,并能节省大量的计算时间。基于此方法给出结构随机振动响应分析算例,并与其他方法对比,说明了该方法的高效率和高精度。     

基于对偶神经网络的动力方程精细积分法EI北大核心CSCD

针对一般动力学方程,提出了一种用于求解具有任意非齐次项动力学方程的对偶神经网络精细积分算法。在时间域内,对动力学非齐次方程求解中涉及到的积分运算,选用一组神经网络同时逼近被积函数和原函数,然后通过牛顿莱布尼茨公式实现积分项的求解。该方法利用神经网络的函数拟合优势,具有对时间步长不敏感,不需要对矩阵求逆,不对非齐次项进行假设等优点。通过算例与精细积分法、威尔逊-θ、广义精细积分法等方法进行比较,计算结果表明该方法精度较高、适用范围广。     

基础隔震结构地震响应时程分析新方法

针对隔震层恢复力模型为折线型的层间剪切动力方程，研究了基础隔震结构在地震作用下的弹塑性时程反应。通过多种方法比较，说明了各种方法的优缺点。采用把结构特性和外部激励分开进行精细积分的增维分块精细积分法，避免了每一步迭代过程中的指数矩阵精细积分求解，在保持计算精度的同时，提高了计算效率；考虑地震作用特点后，增维分块精细积分法的计算效率有所提高。因此，增维分块积分法在计算基础隔震结构地震响应上是非常有效的。     

基于微分求积的结构随机振动时域分析方法

将微分求积法应用于结构动力学方程的逐步时程积分时存在计算效率低的问题.为此,从数值积分角度出发,采用复化微分求积公式计算Duhamel积分项,并将其和精细积分法结合,可形成一种计算任意随机激励下结构随机振动时域分析的显式求解方法.该方法无需对系数矩阵求逆,能够减小在一个积分步长内载荷量线性化所造成的误差,同时也提高数值...     

基于复阻尼理论的流固耦合地震时程响应研究

在粘滞阻尼系统的地震动力学方程基础上,建立了基于应力相关复阻尼理论的流固耦合地震动力学方程。根据复阻尼系统求解理论,利用Newmark-β积分法,编制了Rayleigh阻尼和复阻尼模型的流固耦合三维有限元程序。以深水薄壁钢管墩柱为例,计算了两种阻尼模型的流固耦合地震时程响应和复阻尼模型的损耗因子;对比分析了无水和有水两种工况下的动力响应,并研究了此两种阻尼模型地震响应的差异。研究表明,在加速度峰值为2m/s2的El-Centro波作用下,应力相关复阻尼方法计算的结构震动响应数值远大于传统的Rayleigh阻尼模型,考虑流固耦合效应时,结构的震动响应是不考虑此效应时的1.5～2倍多;损耗因子随着位移的增大而增大,并且考虑流固耦合效应时的损耗因子明显大于不考虑此效应的损耗因子值。     

受演变随机激励结构响应的扩展精细积分方法

摘要：对于受演变随机激励的线性多自由度体系,给出了计算其非平稳响应的扩展精细积分方法。首先采用虚拟激励法,将随机荷载转化成确定性荷载,然后采用Duhamel积分的精细计算方法,构造出统一形式的精确、高效递推格式。本文方法避免了矩阵的求逆运算,不依赖于系统矩阵或其动力矩阵的性态,提高了数值稳定性和应用范围。本文方法具有与混合型时程精细积分方法同样高的数值精度,而效率上要高于增维精细积分方法。算例验证了本文算法的优越性。     

一种单自由度体系解析解及其在车桥动力分析中的应用

假定相邻时刻之间荷载线性变化,推导出低阻尼单自由度振动体系的解析解,在此基础上给出了相应的车桥动力相互作用系统建模及求解流程。系统模型分解为车辆、桥梁两个子系统,基于部件刚体假定和达朗贝尔原理推导车辆子系统运动方程,采用有限元法建立桥梁子系统模型;借助于振型叠加法将两个子系统运动方程解耦,车辆子系统非正交阻尼部分的影响以及两个子系统间的动力相互作用均按非线性虚拟力处理;以一节4轴客车匀速通过32 m简支梁为例,分别采用提出的解析解法、Newmark-β法以及高斯精细积分法进行动力分析。结果表明,相对于Newmark-β法和高斯精细积分法,解析解法不仅具有高精度特点,能显著提高计算收敛的积分步长,同时又能避免计算复杂的指数矩阵,具有良好的工程适用性。     

结构动力方程的一种自适应步长增维精细积分法EI北大核心CSCD

增维精细积分法是一种求解结构动力方程的高精度逐步积分算法,其步长的选取会对计算精度产生极大的影响,在实际应用中存在难以确定合适步长的问题。为满足实际工程中对计算精度和效率的要求,提出了一种计算误差的估计方法,并以估计误差和迭代收敛速度为基准,建立了一种自适应步长增维精细积分法。针对三种结构动力方程的算例结果表明,在计算各类线性及非线性振动问题时,该方法均可以在保证计算精度的前提下快速有效地控制算法的计算步长,并且仅需较少的额外计算消耗,显著提高了增维精细积分法的计算效率,使该方法在求解结构动力方程时更具计算优势和实用价值。     

无网格-精细积分算法在二维结构振动问题中的应用研究

将无网格-精细积分法用于二维结构振动问题的求解,通过瞬时最小势能原理构造与弹性动力学方程等效的能量泛函。由伽辽金无网格法在空间域内进行离散;在时间域上通过与Romberg积分相结合的精细积分法求解,得到了二维结构的固有频率和振型以及在不同激励作用下的位移、应力和速度响应。     

基于裂纹尖端应力比值的含裂纹功能梯度材料圆筒应力强度因子计算方法

由于功能梯度材料（FGM）性质的特殊性,现有含裂纹FGM结构应力强度因子计算方法难以避免复杂的矩阵运算以及数值积分。该文针对含外表面环向裂纹FGM圆筒,利用FGM圆筒与均匀材料圆筒裂纹尖端应力之间的比例关系,将复杂的FGM圆筒应力强度因子求解问题转化为简单的应力值提取问题以及经验公式计算问题,仅由均匀材料圆筒应力强度因子经验公式、均匀材料圆筒和FGM圆筒裂纹尖端应力比值即可得到任意含裂纹FGM圆筒应力强度因子。该方法仅需建立2D轴对称模型即可满足计算要求,在保证精度的基础上成功回避了传统方法中的复杂矩阵运算以及数值积分,且适用于不同FGM、筒体尺寸、裂纹深度等情况下的应力强度因子计算。通过多组算例对比分析,证明该方法计算精度高、计算过程简便,便于工程应用。     

Dual boundary element analysis using complex variables for potential problems with or without a degenerate boundary

The dual boundary element method in the real domain proposed by Hong and Chen in 1988 is extended to the complex variable dual boundary element method. This novel method can simplify the calculation for a hypersingular integral, and an exact integration for the influence coefficients is obtained. In addition, the Hadamard integral formula is obtained by taking the derivative of the Cauchy integral formula. The two equations (the Cauchy and Hadamard integral formula) constitute the basis for the complex variable dual boundary integral equations. After discretizing the two equations, the complex variable dual boundary element method is implemented. In determining the influence coefficients, the residue for a single-order pole in the Cauchy formula is extended to one of higher order in the Hadamard formula. In addition, the use of a simple solution and equilibrium condition is employed to check the influence matrices. To extract the finite part in the Hadamard formula, the extended residue theorem is employed. The role of the Hadamard integral formula is examined for the boundary value problems with a degenerate boundary. Finally, some numerical examples, including the potential flow with a sheet pile and the torsion problem for a cracked bar, are considered to verify the validity of the proposed formulation. The results are compared with those of real dual BEM and analytical solutions where available. A good agreement is obtained.     

Two-dimensional scattering of a plane wave from a periodic array of dielectric cylinders with arbitrary shape

A two-dimensional scattering of a plane wave from a periodic array of dielectric cylinders with arbitrary shape using the multigrid-moment method is examined. The scattered field is expressed in terms of the integral form by an infinite summation of the surface integral over the cross section of the reference cylinder. The integral form is converted into the matrix equation by using the moment method. The integration in the elements of the matrix equation is evaluated by the lattice-sums technique to obtain a precise solution. The multigrid method is applied to the matrix equation to improve the CPU time. The CPU time and the residual norm are examined numerically for a given number of iterations and cycle indices. Then the effects of shape and material of the periodic structure on the power reflection coefficient of the fundamental Floquet mode are shown. In addition, the results indicate the effect of changing the relative permittivity of the dielectric coated body and the reflection coefficient.     

局部褶皱对层状地基马蹄形孔洞散射的影响分析

水平岩层在构造作用下会产生局部褶皱,研究褶皱对层状地基马蹄形孔洞散射的影响,对地表结构地震安全性评价具有重要意义。基于子结构法建立了复杂场地散射问题的控制方程,将地震波散射问题的求解转化具有规则边界条件的层状地基(自由场)的动力刚度和波动响应的求解。通过Fourier变换和引入对偶变量,将波动方程转化为一阶常微分方程,采用精细积分算法对土层可实现高效合并,施加边界条件可得到内部节点的格林函数,进一步得到动力刚度。同时,采用精细积分算法代替原传递矩阵法的层间合并,可得到层状自由场的波动响应。这种改进传递矩阵法对土层厚度和层数没有任何限制。通过与文献中的结果对比,验证了方法的正确性,并分析了局部褶皱对层状地基中马蹄形孔洞散射场的影响。结果表明:局部褶皱对地表位移幅值的影响与入射波类型、入射波频率以及局部褶皱几何构造等因素均有关系;地表位移峰值受马蹄形孔洞和局部褶皱共同作用的影响,其影响特性与入射波类型无明显关系。     

车辆-轨道非线性耦合动力学的精细积分法及其应用

提出精细积分法求解移动质量与结构相互作用的新的计算方法。分析焊接接头不平顺和轨枕悬空对轮轨力和轨道部件之间相互作用力的影响。该方法采用非齐次项的Duhamel积分的精细积分算法,避免状态空间下系统矩阵求逆。通过Lagrange插值多项式获得移动质量与结构相互作用的载荷项外插公式,无需迭代求解移动质量和结构非线性相互的动态响应。系统矩阵具有时不变性,无需反复计算指数矩阵。在每个积分步内,利用Euler梁的形函数分解移动载荷项,获得移动载荷与结构相互作用时间和空间连续变化的情况。计算结果表明,轮轨力的第一个峰值主要由于焊接接头不平顺造成,轨枕悬空主要影响轮轨力第二峰值。焊接接头不平顺区易出现轨枕悬空。轨枕悬空出现后,悬空区有扩大的趋势。     

非线性动力方程的精细时空有限元方法

根据Hamilton变作用定律构造了时空有限元矩阵;并根据传递矩阵原理,利用时间的一维性将时空有限元矩阵变换为时间方向的传递矩阵,将初值问题转化为一般矩阵相乘问题以方便求解。为了保证计算的稳定性,参考了精细积分的思想提出精细时空有限元方法,并给出线性问题在时间级数荷载作用下的计算式。数值分析结果证明该方法在线性问题分析上非常准确并可以推广到非线性动力方程的求解;只需将非线性解看作初始解和增量解的叠加,通过精细时空有限元线性求解方法计算增量解,逐步修正后即可得到非线性解。结果表明该方法是一个有效的求解非线性动力方程的方法。