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。     

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。     

结构非平稳随机响应的混合型精细时程积分

演变随机激励的调制函数取各种不同形式时，相应的虚拟激励对应精细时程积分的不同形式。混合地应用这些形式于结构响应时变功率谱分析，可高效地获得达到计算机精度的数值结果。     

复阻尼结构动力方程的增维精细积分法

为了避开求解复阻尼结构强迫激励动力学方程的积分运算,引入增维精细积分方法。根据复阻尼系统复化对偶原则,将动力学方程和激励波对偶复化为实部和虚部的形式,推导出增维矩阵的精细积分求解过程。结果表明,由于不用求解迭代矩阵H的逆矩阵,避免了矩阵奇异带来的计算解的不稳定性。在计算矩阵仅增加一维的情况下,化积分运算为代数运算,扩大了精细积分法的应用范围。通过对比增维精细积分法和频域法计算结果,二者结果保持较高的一致性。     

随机结构动力可靠度分析的概率密度演化方法

基于随机结构动力反应分析的概率密度演化方法，提出了一类新的随机结构动力可靠度分析方法。在随机结构动力反应概率密度演化方程的基础上，对于首次超越问题，根据所给的首次超越破坏准则施加相应的吸收壁边界条件，求解具有吸收壁边界条件的概率密度演化方程并在安全域内积分．给出结构的动力可靠度。结合精细时程积分方法和具有TVD性质的差分格式，讨论了计算结构动力可靠度的数值方法。以八层框架结构为例进行了动力可靠度分析并与随机模拟分析结果进行了比较。     

结构非平稳随机响应方差矩阵的直接精细积分计算

对于受演变随机白噪声或有色噪声激励的结构，对其方差矩阵推导了相应的微分Ｌｙａｐｕｎｏｖ方程，并用精细积分方法建立了倍步长与等步长积分格式，使一大类以往难于得到精确解的问题，能迅速地在计算机上得到具有很高精度的解答。并用其它文献上的例题验证了本文给出方法的精确性及极高的计算效率。     

基于动力特征分区的显式-精细混合积分法

大型动力系统中常因局部的高频振动及非线性等特性限制了系统的积分步长而导致整体计算量激增，针对此问题提出一种分区域异步长显式-精细混合积分方法。在特性复杂的局部区域采取显式积分法，根据精度和稳定性要求取较小的时间步长求解；在其余常规区域则应用精细积分方法，采取可以跨越显式积分区周期的大积分步长求解。对于精细积分区域边界荷载，提出一种基于离散FFT变换的线性项与主频谐波项的组合表示方法，并给出了此种荷载形式下的精细积分计算格式。数值算例结果表明该法能够明显提高计算效率，在显式积分区域和精细积分区域都有很高的精度。     

结构随机响应的并行计算

本文对结构在地震载荷下的非平稳随机响应作了研究，把地震载荷用不同频率虚拟激励替代，采用精细时程积分进行分析，着重研究了这一算法的并行性，设计了高效并行算法，并在ＴＲＡＮＳＰＵＴＥＲ并行机上实现了该算法。     

基于精细积分方法的桥梁结构移动荷载识别

针对桥梁结构移动荷载识别问题,有效地将桥梁结构振动微分方程化为精细积分方法的一般格式,进而将精细积分方法推广于荷载作用点随时间连续变化的移动荷载的识别问题中,以HPD-S精细积分格式为基础,推导出相应的荷载识别公式,并与以HPD-L精细积分格式为基础的荷载识别方法进行了比较。仿真算例表明,无论对于简谐变化还是线性变化的外荷载,即使采用较大的时间步长,前者仍具有很高的识别精度;同时对后者进行了修正,也得到了令人满意的识别效果。     

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。     

毗邻建筑LQG抗震控制的组合精细积分策略

LQG调节器在许多工程领域得到了日益广泛的应用。但是当系统受到的外部随机干扰是非平稳时,相关的LQG控制技术还亟需进一步发展。以毗邻建筑非平稳地震响应避碰控制为例对这类问题的求解进行了新的尝试。假定地面运动由基岩处的非平稳随机激励经过单层土的滤波而产生。结合虚拟激励法,对于非平稳随机地震响应分析和微分Riccati方程求解分别采用不同的精细积分策略并予以组合运用。对两座20层毗邻建筑的地震响应LQG控制进行了仿真分析,取得较好的效果。     

结构动力方程的高斯精细时程积分法

对线性定常结构动力系统提出的精细积分方法,能够得到在数值上逼近于精确解的结果,但是对于非齐次动力方程涉及到矩阵求逆的困难,计算精度取决于非齐次项的拟合精度等问题。提出将高斯积分方法与精细积分方法中的指数矩阵运算技巧结合起来,在实施精细积分过程中不必进行矩阵求逆,整个积分方法的精度取决于所选高斯积分点的数量。这种方法理论上可实现任意高精度,而且计算效率较高,数值例题显示了方法的有效性。     

平面应变轴对称压电圆柱壳的随机响应

提出求解随机激励轴对称压电圆柱壳响应的一种方法，并导出相应的解析表达式。首先给出压电圆柱壳在边界随机激励下的基本方程；然后通过位移与电势的变换，将随机激励变换到运动方程中；再利用Legendre多项式展开位移，应用Galerkin法化偏微分的运动方程为常微分方程组；最后根据随机振动理论，得到压电圆柱壳位移与加速度响应的均方值，由此可计算随机响应、分析有关因素的影响与机电耦合关系等。分析说明了存在的机电耦合项，及由此产生广义刚度的非对称性。     

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...     

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.     

多点激励下隔震桥梁非线性随机振动的时域显式迭代模拟法

由于地震动的随机性与空间变异性、隔震支座的非线性特征及其安装数目少的特点,隔震桥梁地震响应分析是一典型的多输入局部非线性随机振动问题。采用Bouc-Wen模型描述隔震支座的非线性恢复力,建立多点地震激励下隔震桥梁结构的运动方程,并将得到的非线性运动方程改写为关于状态变量的拟线性方程,基于精细时程积分法和龙格-库塔法构造拟线性方程及隔震支座滞回位移方程的时域显式降维迭代求解格式。再以此高效算法为基础,应用随机模拟法计算多点激励下隔震桥梁随机地震响应的统计量。数值算例表明,所建立的方法计算速度快、精度高,可用于实际桥梁结构的抗震性能验算。     

An interval random perturbation method for structural‐acoustic system with hybrid uncertain parameters

An interval random model is introduced for the response analysis of structural‐acoustic systems that lack sufficient information to construct the precise probability distributions of uncertain parameters. In the interval random model, the uncertain parameters are treated as random variables, whereas some distribution parameters of random variables with limited information are expressed as interval variables instead of precise values. On the basis of the interval random model, the interval random structural‐acoustic finite element equation is constructed, and an interval random perturbation method for solving this interval random equation is proposed. In the proposed method, the interval random matrix and vector are expanded by the first‐order Taylor series, and the response vector of the structural‐acoustic system is calculated by the matrix perturbation method. According to the linear monotonicity of the response vector, the lower and upper bounds of the response vector are calculated by the vertex method. On the basis of the lower and upper bounds, the intervals of expectation and standard variance of the response vector are obtained by the random interval moment method. The numerical results on a shell structural‐acoustic model and an automobile passenger compartment with flexible front panel demonstrate the effectiveness and efficiency of the proposed method. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

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.     

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。