非线性流滞阻尼器耗能结构随机地震响应和首超时间分析

对非线性流滞阻尼器耗能结构在Kanai-Tajimi谱地震激励下的随机响应及其随机失效时间和动力可靠性进行了系统研究。首先建立了结构的非线性运动方程;然后,基于随机平均法,将结构响应幅值近似为一维markov扩散过程,获得了扩散过程漂移系数和扩散系数的解析表达式;其次,利用扩散过程与FPK方程的对应关系,获得了幅值平稳概率密度函数和幅值任意阶矩的解析表达式;再次,利用幅值与结构位移和速度的相互转化关系,获得了结构位移与速度的平稳联合概率密度函数和位移、速度方差以及位移期望穿越率的解析表达式;最后,利用扩散过程的后向Kolmogrov方程,基于首超失效模型,建立了结构动力可靠性函数方程和结构随机失效时间统计矩方程,并利用一维扩散过程的边界分类性质,将统计矩方程的奇异定性边界条件转化为等价的定量边界条件,进而获得了失效时间任意阶统计矩的解析解,并利用此矩,对结构动力可靠性和失效时间概率分布函数进行了近似分析,给出了算例,从而建立了结构非线性随机地震响应及其随机失效时间和动力可靠性的分析方法。     

基于Kriging改进响应面法的桥梁地震动力可靠度研究

鉴于桥梁结构对地震响应的非线性和复杂性等问题,提出了基于Kriging改进响应面法的桥梁结构地震动力可靠度分析方法。首先利用Kriging模型的优越模拟性能,将其作为响应面函数,并采取自适应策略加以改进,而后采取线性过滤器脉冲响应法对地震随机激励荷载进行了离散,并基于首次超越问题的定义建立了动力可靠度极限状态方程,最后对桥梁结构的地震可靠度问题进行了分析。计算分析结果表明:提出的基于Kriging模型的改进响应面法能有效完成桥梁地震动力可靠度的计算分析(包括结构参数随机性对桥梁动力可靠度的影响),且结果具有较高的准确性和高效性。     

基于非线性随机最优控制的大跨度斜拉桥地震响应Benchmark问题研究

大跨度斜拉桥Benchmark问题的振动控制研究是当前国际结构控制研讨会的重要议题之一。以美国Bill Emerson Memorial斜拉桥第二阶段Benchmark模型为研究对象,在非线性随机动力学与控制的拟哈密顿理论体系框架下,运用基于随机平均法和随机动态规划原理的非线性随机最优（NSO）控制策略,对地震作用下的Benchmark模型进行MATLAB仿真分析。将最优控制力和性能评价指标与线性二次型Gauss（LQG）控制的计算结果进行对比,得出非线性随机最优控制策略能够更加有效地抑制斜拉桥的地震响应,提高结构的动力稳定性和抗震能力,具有更好的控制效果,对实际桥梁工程的振动控制具有较强的指导意义和适用价值。     

SMA阻尼器控制单自由度结构在地震激励下的平稳随机振动研究

对安装有超弹性形状记忆合金(shapememoryalloy,简称SMA)阻尼器的单自由度结构在地震激励下的平稳随机振动进行了理论研究:假定地震地面运动是具有平稳过滤有色噪声模型的随机过程,确定了与《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)相对应的随机地震动模型参数(平稳持时和谱强度因子);建立了SMA阻尼器控制的单自由度结构在平稳地震动过程下的状态方程,并采用随机等价线性化法推导了其平稳反应公式以及基于首超破坏准则的结构动力可靠性公式;通过算例,证明了随机振动解析式是可行的,并指出SMA阻尼器能消耗地震能量,从而有效抑制结构的振动,增加结构动力可靠性。     

SMA阻尼器控制单自由度结构在地震激励下的平稳随机振动研究EI北大核心CSCD

对安装有超弹性形状记忆合金(shape memory alloy,简称SMA)阻尼器的单自由度结构在地震激励下的平稳随机振动进行了理论研究:假定地震地面运动是具有平稳过滤有色噪声模型的随机过程,确定了与《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010)相对应的随机地震动模型参数(平稳持时和谱强度因子);建立了SMA阻尼器控制的单自由度结构在平稳地震动过程下的状态方程,并采用随机等价线性化法推导了其平稳反应公式以及基于首超破坏准则的结构动力可靠性公式;通过算例,证明了随机振动解析式是可行的,并指出SMA阻尼器能消耗地震能量,从而有效抑制结构的振动,增加结构动力可靠性。     

考虑场地效应的建筑群动力可靠度PDEM评估

城市建筑群的动力可靠度评估对于区域防灾减灾具有重要意义。场地效应会导致地震动的空间变异性和土-结构相互作用效应,进而显著影响区域建筑群的非线性地震响应,而确定性区域震害模拟方法仍不足以准确反映随机建筑群动力系统的整体性态。该研究引入实测地震动场和土-结构相互作用效应,发展了建筑群系统非线性地震响应时域求解方法,并遵循概率守恒假定,建立基于概率密度演化方法(PDEM)的建筑群系统动力可靠度评估框架。以某高层框架结构建筑群为例,进行了场地效应下确定性建筑群非线性地震响应分析,进而完成了随机建筑群动力可靠度评估,并评估了场地效应对建筑群系统动力可靠度影响,得到了有益结论。     

结构随机地震反应与可靠度的概率密度演化分析研究进展

结构随机动力反应与可靠度分析对保障工程结构在灾害性动力作用下的安全性至关重要。数十年来,国内外学者进行了大量的研究,取得了丰硕的成果,但在多自由度非线性系统随机动力反应与可靠度分析方面遇到了巨大的困难。概率密度演化理论提供了全新的处理方法。该文在评述已有研究方法的基础上,着重讨论了概率密度演化理论及其在结构随机地震反应与整体可靠性分析应用方面的新进展。     

随机激励下随机结构动力可靠性灵敏度分析

对于随机激励下随机结构动力可靠性的灵敏度分析问题,在加权非线性响应面法的基础之上建立了随机结构动力可靠性灵敏度分析方法.所提方法从随机结构无条件动力可靠度的表达式出发,首先将随机结构的动力可靠性分析问题转化成传统的静力可靠性分析问题,然后采用基于加权非线性响应面法的Monte-Carlo可靠性灵敏度分析方法求解动力可靠性灵敏度值.算例表明该方法的计算结果是合理的,并且由于加权非线性法具有较高的效率和精度,因而所提方法具有一定的工程意义.     

基于部分分层抽样的高墩桥梁随机地震响应分析EI北大核心CSCD

为了表征桥梁结构不确定性和随机参数相关性对桥梁结构抗震性能的影响,从概率角度对桥梁进行抗震性能分析,基于部分分层抽样原理建立了时-频非平稳地震作用下桥梁非线性随机地震响应分析方法。基于地震动演化功率谱,采用谱表示方法生成非平稳地震动样本,并采用基于正交函数的思想对谱表示方法中的随机变量进行模拟,通过两个基本随机变量表征地震动的不确定性;采用基于数论的部分分层抽样方法对地震动-结构随机变量抽样,从而对桥梁非线性随机地震响应进行模拟,减小桥梁随机地震响应分析中的抽样方差;以一座实际高墩连续刚构桥为数值算例,对其进行了非线性随机地震响应分析,详细研究了桥梁结构不确定性和随机参数相关性对其地震可靠度的影响。研究结果表明:随机地震作用下,桥梁随机地震响应是典型的零均值非平稳随机过程,从地震动开始到结束,桥梁结构地震响应概率密度曲线存在由窄边宽,再由宽变窄的演化过程;随机地震作用下,桥梁结构关键响应的平均峰值因子存在一定差异,其通常在1.8~2.2变化;桥梁结构不确定性和随机参数相关性对高墩桥梁地震响应极值分布和地震可靠度的影响较为显著,忽略桥梁结构的不确定性和随机参数相关性将高估桥梁结构的地震可靠度。     

地震作用下大型升船机结构的响应特征分析

从振动力学的角度,以某大型升船机建筑结构为背景,对升船机结构的动力特性及在地震作用下升船机结构的确定性和随机反应特征进行了较系统的分析。首先建立了升船机建筑结构的三维分析模型,对升船机结构进行了动力特性及时程响应特征分析。然后,在总结与分析有关地震动随机模型研究成果的基础上,通过比较,选择了具有较全面描述输入地震动随机特性的数学模型,并对升船机结构的功率谱响应特征进行了分析。最后,基于上述结构反应特征分析,给出了升船机建筑结构抗震可靠度计算模型的适用性建议。     

风荷激励下天线结构的随机振动分析

研究随机天线结构的风激随机振动响应问题。考虑天线结构物理参数、几何尺寸和结构阻尼的随机性,在基于随机因子法对结构进行动力特性分析的基础上,从结构风激随机振动响应在频域上的表达式出发,利用求解随机变量函数矩的方法和求解随机变量数字特征的代数综合法,导出了随机天线结构在风荷激励下位移响应均方值和应力响应均方值的均值、方差和变异系数的计算表达式。以8米口径天线为例,分析了结构物理参数、几何尺寸和阻尼的随机性对天线结构风激位移响应均方值和应力响应均方值随机性的影响。     

不均匀随机参数桁架结构的随机反应分析

以随机荷载作用下的不均匀随机参数桁架结构为研究对象,提出了求解结构反应数字特征的矩法。从结构有限元方程出发,推导出结构刚度矩阵对各单元的弹性模量、横截面积以及各节点坐标的导数,进一步导得结构位移反应对各随机参数的敏度。利用随机变量函数的矩法,导出了结构位移反应的均值和方差,依据单元位移应力的转换表达式,分析了应力反应的均值和方差。算例表明,结构反应的方差取决于各随机参数的分散性和参数间的相关性。     

基于随机因子的结构分析方法

该文对随机结构的分析方法进行了分类,简述了近年来提出的基于随机因子的结构分析方法的基本求解过程。对随机结构分析中的随机变量分布概型的确定、随机载荷的处理和随机参数相关性的处理等问题进行了讨论。对随机因子法在结构分析和边界条件的处理、动力特性和动力响应分析、随机振动响应分析和动力可靠性分析、智能结构在开环和闭环状态下的动力分析、随机稳态和瞬态的温度场分析以及随机参数结构在随机热载荷下的响应分析等诸多方面的应用进行了综述。     

模糊随机桁架结构在模糊随机激励下的动力响应

研究了模糊随机参数桁架结构在模糊随机荷载激励下的复合模糊随机振动动力响应的问题。同时考虑结构的物理参数、几何尺寸和外载荷幅值的模糊随机性,从Duham e l积分式出发,利用振型迭加法求出了结构动力响应模糊随机变量的表达式;再由随机函数的矩法推导出结构模糊随机动力响应的模糊数字特征。最后,通过算例考察了结构参数和作用荷载的模糊随机性对结构动力响应的影响,并用M on te C arlo数值法对算例进行模拟,验证了文中模型和分析方法是可行有效的。     

刚架结构物理参数的随机性对其非平稳随机响应的影响

文中研究了随机刚架结构的非平稳随机响应问题。考虑结构在非平稳随机激励下其物理参数的随机性,从结构非平稳随机响应的表达式出发,利用求解随机变量函数矩的方法和求解随机变量数字特征的代数综合法,导出了结构位移响应均方值和应力响应均方值的均值、方差和变异系数的计算表达式。通过算例,考察了结构物理参数的随机性对结构动力响应均方值随机性的影响,获得了若干有意义的结论。     

Interval spectral stochastic finite element analysis of structures with aggregation of random field and bounded parameters

This paper presents the study on non‐deterministic problems of structures with a mixture of random field and interval material properties under uncertain‐but‐bounded forces. Probabilistic framework is extended to handle the mixed uncertainties from structural parameters and loads by incorporating interval algorithms into spectral stochastic finite element method. Random interval formulations are developed based on K–L expansion and polynomial chaos accommodating the random field Young's modulus, interval Poisson's ratios and bounded applied forces. Numerical characteristics including mean value and standard deviation of the interval random structural responses are consequently obtained as intervals rather than deterministic values. The randomised low‐discrepancy sequences initialized particles and high‐order nonlinear inertia weight with multi‐dimensional parameters are employed to determine the change ranges of statistical moments of the random interval structural responses. The bounded probability density and cumulative distribution of the interval random response are then visualised. The feasibility, efficiency and usefulness of the proposed interval spectral stochastic finite element method are illustrated by three numerical examples. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

地震动频谱对小湾拱坝非线性响应的影响

将时间信号时—频联合分析的自适应谱方法用于研究地震地面运动的频率非平稳特征、提取频率非平稳信息，统计得到各个频段地震动成分的强度变化过程。在此基础上，应用均匀调制随机过程模型和演变随机过程模型合成人工地震波，以此为输入对高拱坝进行了考虑地震动时—频非平稳性的动力响应分析。结果表明，在地震力作用较小时，影响不大，但对地震力作用较大的高拱坝，地震动的非平稳性对拱坝非线性地震响应的影响不可忽略。     

结构随机延性需求谱的应用研究

结构的地震反应危险性曲线体现了结构的地震反应与地震动强度之间的关系,采用随机延性需求谱可以很方便地建立结构的地震反应危险性曲线。非线性结构在随机地震作用下的位移反应分析属于非线性随机振动问题,采用随机延性需求谱可以简单而有效的获得非弹性单自由度体系的随机位移反应的统计量,结合非线性静力分析,还可以进行多自由度结构的随机地震反应分析。此外,随机延性需求谱还可以用于结构的抗震可靠度分析。     

随机地震激励作用下自复位结构的平稳响应

自复位结构是一种震后不需修复或仅需少量修复即可继续投入使用的新型抗震结构。目前有关自复位结构地震响应的研究多是在确定性激励下进行,鲜有涉及随机激励环境。假定地震动加速度过程为金井清过滤白噪声模型,研究了随机地震激励下单自由度自复位体系的平稳响应。应用广义谐波平衡技术分解旗帜形的恢复力,建立原系统的等效非线性随机系统。通过Stratonovich-Khasminskii极限定理作随机平均,得到关于幅值的近似一维扩散过程。建立并求解对应的FPK方程,得到关于幅值的稳态概率密度函数并进行参数分析。数值结果表明,能量耗散系数与屈服位移的减小能降低系统响应,同时,随着这两个参数的变化,系统会出现随机P分岔现象。通过蒙特卡罗数值模拟法验证了解析解的有效性。