非平稳多维多点虚拟激励法的快速模拟方法

为研究实际地震动非平稳性与空间效应的快速模拟方法,运用绝对位移直接求解非平稳多维多点虚拟激励法,不必将绝对位移分解为拟静力位移项及动力相对位移项,避免求解静力影响矩阵的繁琐;将非平稳激励响应转换为一系列确定性外力作用下运动方程瞬态解,以有限元软件ANSYS瞬态分析模块为平台,在结构有限元模型各支撑处激励方向设置大质量块后,直接将地震虚拟激励荷载施加于大质量块,实现绝对位移求解动力方程,提高随机振动响应计算效率,高效地在通用有限元软件中实现多维多点非平稳虚拟激励法,避免自编程序的繁琐,简化实现方法,使多维多点非平稳虚拟激励法在理论及工程应用中获得进一步拓展。     

直接求解多维多点地震动方程的虚拟激励法

为解决传统的虚拟激励法多维多点虚拟激励荷载输入繁琐及在通用有限元软件中实现困难的问题,通过在质量矩阵上“置大数”的方法快速实现地震动输入,更快捷地将一维多点激励扩展到多维多点虚拟激励,运用绝对位移直接求解运动方程。相比传统的多维多点虚拟激励法,不必将绝对位移分解为拟静力位移项和动力相对位移项,避免了求解静力影响矩阵的繁琐,能更高效的实现多自由度大跨结构多维多点虚拟激励荷载在通用有限元软件中的输入与分析,不需要编制专门的计算程序,使得虚拟激励法在理论上和工程中的应用得到进一步的 拓展。     

非平稳激励下绝对位移直接求解非线性结构的时频分析EI北大核心CSCD

强震作用下地震动能量的时-频演变特性对迟滞非线性的结构有着极大影响,然而通用有限元软件现有的计算模块进行频域分析时不能对非线性结构输入解耦的EPSD矩阵,限制了随机振动理论对大型复杂结构的仿真计算。将绝对位移直接求解的虚拟激励法引入多维多点的非线性动力方程,通过APDL的外部程序调用接口对非平稳地震动EPSD矩阵进行解耦与降维处理,并转化为独立于时间变量的四维均匀调制激励矩阵,实现对非线性结构精确高效的非平稳激励动态输入与随机动力响应的计算求解。最后以一座中承式三跨钢管混凝土系杆拱桥为例,计算拱肋、拱脚和桥面系响应的时变功率谱及方差。结果表明,绝对位移直接求解的激励输入方式很好地模拟了非线性结构体系所带来的时滞现象,为通用有限元软件实现非线性结构多维多点非平稳激励随机响应的求解与分析提供了可行性依据。     

绝对位移直接求解的虚拟激励法

在多点激励动力分析中,传统的虚拟激励法将绝对位移分解成拟静力位移和动态相对位移两部分,而且在构造虚拟加速度及位移激励进行求解时须计算结构拟静模态矩阵,所以必须编制专用程序用于求解,这在一定程度上限制了虚拟激励法的应用。本文提出了一种绝对位移直接求解的虚拟激励方法,该方法通过在支座附加一大质量块并对大质量块构造虚拟力激励从而实现对绝对位移直接求解。该方法不需要另外计算拟静模态矩阵,所以新虚拟激励法可应用于任何具有简谐振动分析模块的有限元软件如ANSYS等,这为虚拟激励法工程应用开拓了广泛的前景。     

多维非平稳随机地震响应分析的快速算法

在一维虚拟激励法的基础上，通过激励功率谱的分解，建立了多维非平稳地震激励作用下结构随机响应的虚拟激励法。通过理论推导证明了该法具有与经典随机振动理论的精确解相同的精度，但在计算速度上比经典随机振动理论快得多，为结构地震响应的随机振动分析提供了有效的工具。     

大跨度空间结构多维多点非平稳随机地震反应分析

对大跨度空间结构进行三向正交地震动多点激励下的非平稳随机地震反应分析。建立了多维多点随机非平稳地震动激励下的地震反应分析方法,并针对大跨度空间结构引入了波前法进行简化计算。数值仿真分析了天津奥林匹克中心体育场屋盖结构分别在一维随机地震动或三维随机地震动的一致激励、行波激励以及考虑部分相干效应和地震非平稳性的多点激励下的地震反应,结果表明:考虑地震动空间效应会使结构控制杆件内力增大约30%;考虑部分相干效应会使结构杆件内力变化约10%;考虑多维地震输入会使结构控制内力增大约15%;考虑地震动的非平稳性会使结构杆件内力减小约35%。由此可以得出结论,对于大跨度空间结构的地震反应分析,必须考虑地震动的多维输入和多点激励;然而不考虑地震动的非平稳性,其抗震设计偏于安全。     

绝对位移直接求解虚拟激励法采用附加振型求解的理论研究

为提高已有绝对位移直接求解虚拟激励法的求解效率及精度,对结构支座节点附加大质量块并释放支座约束,采用基于附加振型的振型分解法进行求解,附加振型来源于附加大质量块。对附加振型、常规振型的振型特性和振型贡献及计算效率进行了理论分析,分析表明：通过构建少量附加振型就可精确捕获结构拟静位移,且只需采用与相对运动法同等数量的常规振型就可精确捕获结构动态相对位移,与Wilson位移输入模式的绝对位移振型分解法相比,在保证计算精度的条件下可大大减少绝对位移求解所需的振型数。此外,对附加振型绝对位移求解法阻尼误差进行了理论分析,指出了附加振型法不存在由于阻尼假定不同而引起的误差,计算精度及效率均优于基于完全法的绝对位移直接求解法。     

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。     

多点激励下绝对位移直接求解算法的误差频域分析

多点激励地震响应分析时,相对运动法将结构内部节点绝对位移分解成拟静位移和动态位移两部分分别进行求解,而绝对位移直接求解法直接对内部节点绝对位移进行求解,在两种求解算法中,阻尼分别假定与内部结点相对速度、绝对速度成比例。两种算法的阻尼假定不同可能会引起计算结果误差,在瑞利阻尼、单元阻尼模型下,采用随机振动方法对两种算法计算结果误差在频域内进行了理论分析,指出了瑞利阻尼模型下两种算法求得的结构动态内力功率谱密度误差主要受结构阻尼比、激励频率与结构基频率比值影响,但单元阻尼模型下两种算法得出的动态内力功率谱密度不存在误差。最后从概率意义上指出：瑞利阻尼模型下,两种算法得出的结构内力响应方差的误差随结构阻尼比的增大而增大,当结构阻尼比不大于5%时,两种算法计算结果误差很小。     

多维非平稳随机地震响应分析的混合型精细时程积分

在一维虚拟激励法的基础上,通过激励功率谱的分解,建立多维非平稳地震激励作用下结构随机响应的虚拟激励法。根据演变随机激励的调制函数取不同形式,推导不同的特解精细积分格式,并混合应用这些格式于结构响应时变功率谱分析,可获得高效精确的数值结果。最后,通过算例讨论地震动各分量相关性对非对称结构地震响应的影响,得到一些有意义的结论。     

直接求解法在结构多点输入地震响应计算中的应用与改进

将以绝对位移形式求解动力方程的直接求解法引入结构多点输入地震响应计算。与常用的将位移分解为拟静力绝对位移和相对动力位移的分解法相比,直接法的概念更为简洁,计算量小,且更适用于非线性计算。对于采用振型叠加法的直接法,仅使用少量低阶振型可能导致较大误差。引入静力修正方法,提出了高效的改进直接法。算例结果表明,修正直接法只需少量低阶振型即可获得足够的精度,精度与分解法相当。     

逆虚拟激励法随机载荷识别试验研究

采用逆虚拟激励法进行载荷识别,分别在阻尼比不同的钢和有机玻璃悬臂梁上进行了多次随机激励下的载荷识别试验.此方法通过采用逆虚拟激励法和奇异值分解法的结合在一定程度上克服了频响函数在近固有频率附近的病态,并减少了计算工作量,同时以相干函数和频响函数为依据来调整试验中激振杆等的安装状态,经验证取得了较好的识别结果.研究表明,逆虚拟激励法在工程实践中有广阔的应用前景.     

大质量法在多点激励分析中的应用、误差分析与改进

为检验多点激励分析中广泛应用的大质量法(LMM)的计算精度和适用性,基于瑞利阻尼,以2自由度有限元模型为例,在4组不同的地震动输入下,分别用LMM和相对运动法(RMM)进行了多点激励分析.比较了两种方法的结果,从理论上分析了LMM误差产生的原因,指出了LMM的适用条件,进而提出了改进措施--基于地震动输入阻尼项修正(α...     

多点地震输入的反应谱法研究

提出了一种计算多点输入下结构最大地震内力的新反应谱法(MRSM-AD)。不同于以往的多点输入反应谱法,这种方法不再将结构的绝对位移反应分解成拟静力和动力分量,而是直接利用基于结构绝对位移反应的动力方程进行反应谱理论的分析,简化了多点输入反应谱法中的组合规则,提高了结构计算分析的效率。比较了结构算例的时程法计算结果和MRSM-AD法的分析结果,验证了MRSM-AD法的正确性。     

三维非偏心基础隔震结构非平稳随机振动分析

利用虚拟激励法和等效线性化技术,通过缩减等效线性化微分方程的数量,提出了求解三维有限元模型基础隔震结构非平稳随机响应的近似计算方法。计算中,假定隔震系统即使在受到大震激励时,其上部结构也依然处于弹性状态,塑性变形主要集中在隔震层处,隔震支座的本构关系采用Bouc-Wen模型描述。根据基础隔震结构响应的特点,假定同种类型支座相同方向滞迟变量大小相等,这样就可以显著减少参与计算的等效线性化微分方程的数量,降低微分方程组的阶数,提高了计算效率和精度。通过分析一简单的三维基础隔震的框架结构,验证了所提方法的正确性。该方法可以考虑不同类型隔震支座的差异性,方便地求得地震作用下各个支座的破坏情况,对于分析隔震支座在地震中的基础提离问题具有重要意义。     

紊流激励条件下基于随机减量法的颤振边界预测研究

发展了一种紊流激励条件下的颤振边界预测方法。首先基于随机减量法从紊流激励响应中提取出系统的自由衰减响应,其次采用矩阵束法从自由衰减响应中识别出振动响应的主要模态参数,最后用识别出来的模态参数构造稳定性判据,根据稳定性判据与动压或风速的变化关系用曲线外推来预测颤振边界。数值仿真与风洞试验研究表明：利用随机减量法和矩阵束法能够较准确地识别出紊流激励响应中的主要模态参数;稳定性颤振判据下降趋势明显、规律性好,有助于在较低风速下提前预测出颤振边界,从而减小风洞试验或颤振试飞的安全隐患。     

水平地震下列车过桥的非平稳随机响应及其极值估计

推广虚拟激励法来研究水平地震作用时三维车桥耦合时变系统的非平稳随机振动以及最大值估计方法.水平地震动假设为均匀调制非平稳随机过程;轨道不平顺假设为多点异相位均匀调制非平稳随机激励.借助时变系统的虚拟激励法将水平地震和轨道不平顺随机激励分别转化为一系列确定性简谐激励,为了能更真实地模拟车轮作用力在时间域和空间域的连续变化...