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。     

铁路悬索桥纵向非一致激励地震响应分析

以某三跨铁路悬索桥为例,基于大型通用有限元软件ANSYS,采用行波输入与多点激励两种非一致地震激励进行铁路悬索桥地震响应计算分析。研究获得大跨度悬索桥在非一致激励输入下响应变化规律,并通过分析桥梁各响应控制振型变化获得非一致激励对桥梁地震响应影响机理,从而揭示两种非一致激励考虑方式对桥梁响应影响的根本区别,为悬索桥非一致激励下地震响应计算分析提供重要参考依据。     

行波地震激励下采用位移输入模式的随机振动分析方法EI北大核心CSCD

在行波地震激励分析时,传统的随机振动虚拟激励法需将结构内部节点绝对位移分解成拟静力位移和动态相对位移两部分,分别对其构造虚拟激励进行两次求解,且在构造虚拟激励过程中需提取结构内部节点质量、刚度矩阵,当整体结构自由度数较大时这一过程相当繁琐。该文提出了一种位移输入模式的随机振动虚拟激励法,该方法采用位移输入模式来构造虚拟激励,直接对结构绝对位移进行一次性求解,与传统虚拟激励法相比,该方法在构造虚拟激励过程中只需提取内部节点与支座节点间的耦合刚度矩阵,更为方便实用。此外,分析了位移输入模式由于阻尼忽略项的不同可能对结构底部单元造成的计算结果误差,并提出了相应的解决方法。     

平稳随机激励下非黏滞阻尼系统功率谱密度函数的灵敏度分析EI北大核心CSCD

功率谱密度(power spectral density,PSD)函数的灵敏度分析是实现结构系统在随机激励下梯度优化算法的基础。区别于黏性阻尼模型假设阻尼力正比于瞬时速度,非黏滞阻尼模型的阻尼力与质点的时间历程相关,因而能够更准确地描述黏弹性材料的耗能特性。针对卷积型非黏滞阻尼系统PSD函数的灵敏度求解问题,利用虚拟激励法(pseudo-excitation method,PEM)将平稳随机激励下非黏滞阻尼系统的随机响应问题等效转化为确定性的简谐响应问题;利用直接微分法推导出PSD函数的灵敏度表达式;分别引入基于复模态的一阶、二阶近似法和基于实模态的迭代法构建PSD函数的灵敏度算法;通过数值算例比较三种方法的计算精度和效率。结果表明,迭代法更适合大规模非黏滞阻尼系统PSD函数的灵敏度求解。     

基于IBIEM的河谷场地非一致地震动特性及影响因素分析EI北大核心CSCD

采用间接边界积分方程法(indirect boundary integral equation method, IBIEM),分析了SH波入射下梯形河谷表面地震动特性和分布规律,研究了地震波斜入射角度、斜坡坡度、底宽以及场地剪切波速对场地地震动特性及非一致分布规律的影响机制,深入分析了不同剪切波速下河谷散射效应对地基截断边界地震动场的影响规律。结果表明,随着左侧斜入射角的增大,左侧斜坡放大效应逐渐增强,两岸地震动非一致分布特性越趋明显。左侧斜入射地震波,随着斜坡变缓,地形散射效应引起的放大区域逐渐向右扩展,两岸坡顶及坡脚地震动非一致性增强;随着底宽的增大,地形散射效应引起的放大区域逐渐由右扩展,坡脚相对位移对底宽变化敏感,两岸坡脚地震动非一致性增强;波速较小情况下,河谷散射效应显著,左侧坡顶位移峰值最大为右侧坡顶的1.45倍,两岸地震动非一致性明显。在截断边界输入地震动时,应充分考虑河谷地形散射效应,将自由场和散射场组成的总场作为输入,以获得合理的地震动输入。     

基于位移的重力坝地震易损性分析方法EI北大核心CSCD

针对重力坝地震易损性分析中存在的性能指标参数敏感性大且难以获取、震害等级定量划分困难的问题,提出了基于位移性能指标和相应震害等级划分的重力坝易损性分析方法。选取坝顶和坝颈相对坝踵的顺河向位移作为性能指标,合理选取输入地震波,采用非线性动力时程分析研究了性能指标与破坏形态及结构损伤间的相关性,提出了震害等级的五级划分标准。结合SAC-FEMA的易损性概率分析方法,建立了基于位移的重力坝地震易损性分析方法,可估算重力坝在各级地震作用下出现各级震害的概率,为重力坝抗震设计、地震灾害预测和风险分析提供易损性分析基础。     

多维非平稳随机激励下隔震曲线梁桥的非线性振动控制EI北大核心CSCD

隔震曲线梁桥的平面不规则性引起的弯扭耦合效应,使其地震响应与隔震直梁桥相比更加复杂,为了有效的抑制隔震曲线梁桥地震中过大的梁体及支座位移,采取半主动控制策略来保证其安全性。采用经典的Bouc-Wen模型,建立考虑上部结构偏心的隔震曲线梁桥非线性振动控制方程,将该方程等效线性化后,输入考虑扭转分量的多维非平稳随机激励。利用混合精细积分法对无控、经典最优控制(COC)以及序列最优控制(SOC)后的隔震曲线梁桥进行随机响应分析。结果表明:在罕遇非平稳随机激励下,隔震曲线梁桥的动力响应呈现出非平稳特性,且考虑扭转分量的多维非平稳随机激励对隔震曲线梁桥动力响应影响要大于未考虑扭转分量下的;运用经典最优控制以及序列最优控制控制下的隔震曲线梁桥各个方向的的动力响应都有明显的减小,且结构动力响应的非平稳特性也得到了明显的抑制。     

大刚度法在结构动力分析中的应用、误差分析与改进

为检验大刚度法（LSM）的计算精度,以2自由度有限元模型为例,采用瑞利阻尼假设,分别基于一致激励和多点激励情形,输入4组地震动位移,分析了结构的地震反应并与传统理论方法结果做了对比。从理论上分析了LSM误差产生的原因,指出了它的适用条件,分别提出了适用于一致激励和多点激励的改进方法——基于地震动位移阻尼项修正的改进LS...     

直接求解多维多点非平稳激励的虚拟激励法

为了进一步推广多维多点非平稳虚拟激励法在工程中的应用和解决传统虚拟激励法在通用有限元中实现困难等问题,以一座铁路钢构桥为例,基于ANSYS软件平台,研究了虚拟激励法在实际工程抗震分析中的应用问题,通过在总质量矩阵上“置大数”的方法,将单维单点激励扩展到多维多点虚拟激励,并将非平稳激励转化为一系列确定性外力作用,从而避免了求解静力影响矩阵的繁琐。研究结果表明：所采用的方法具有较高的精度,并能高效地将多维多点非平稳虚拟激励法与通用有限元软件结合,节约了自编程序的时间,使得工程师更容易接受和运用。     

高阶能量一致积分方法及其在结构动力分析中的应用EI北大核心CSCD

能量一致积分方法是一种二阶精度、无条件稳定的逐步积分方法。为提高计算精度,将辛Runge-Kutta方法进行改进,构造出高阶能量一致积分方法一般形式。这种方法既保持了四阶精度,又具有能量一致属性。通过非线性弹性算例验证了方法的精度和数值稳定属性。将方法应用到桁架单元,推导了具体计算格式,并完成对应的非线性计算程序。程序集成了二阶与四阶能量一致积分方法、平均加速度方法(average acceleration method,AAM)以及由AAM构造的四阶方法。通过弹性摆与平面桁架结构非线性动力分析,对比4种逐步积分方法。分析结果表明,四阶能量一致积分方法在精度、稳定性与计算效率上优于其他3种方法。     

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...     

基于机器视觉与无人机的结构动位移测量方法EI北大核心CSCD

针对基于视觉的结构位移测量方法中相机分辨率不足或测量基站位置选取困难等局限,提出一种结合机器视觉与无人机的结构动位移测量方法。以静止激光灯投射在结构表面的激光光斑为参考,设计算法自动检测目标测点和激光光斑位置,逐帧计算并更新比例因子,估计并消除无人机自身的运动,从而计算目标测点的绝对位移;为验证该方法的准确性,设计一个小型框架模型试验,随后又将此方法应用于大型地震模拟振动台试验。结果表明,利用无人机进行视觉测量得到的位移响应与激光位移计和加速度计测得的参考数据具有良好的一致性,在结构动位移测量和模态参数识别上均能较好地应用。     

基于ACMD与改进MOMEDA的滚动轴承故障诊断EI北大核心CSCD

针对强背景噪声下滚动轴承故障特征难以提取的问题,提出基于自适应非线性调频分量分解(adaptive chirp mode decomposition,ACMD)与改进多点优化最小熵解卷积(improved multipoint optimal minimum entropy deconvolution adjusted,IMOMEDA)的故障诊断方法。(1)为提高信号信噪比,采用基于基尼系数指标的ACMD,进行信号重构预处理;(2)为提高参数设定的准确性,提出改进的MOMEDA方法——利用天鹰优化算法,以多点峭度最大为目标,寻优确定滤波器周期参数;(3)对信号进行包络谱分析,通过对比包络谱的主导频率成分与理论故障特征频率,判断故障类型。仿真及实测数据分析结果表明,该方法能有效提取强背景噪声下的滚动轴承故障信号的特征信息,具备一定的优越性与实用性。     

结构地震响应计算模型的比较与分析

回顾并比较了地震动激励下计算结构响应的位移输入模型和一致加速度输入模型,详细地讨论了由于阻尼项忽略不同导致两种输入模型的本质差别,分析了由此对计算结果产生的影响,并通过数值算例说明该影响不容忽视,进而建议在比较地震动多点激励与一致激励下的结构反应时,一致激励应采用位移输入模型而不是一致加速度输入模型,从而可避免由于两种模型本身阻尼项忽略不同对计算结果产生的影响.此外,指出了振型叠加方法在严格理论上不适用于位移输入模型.     

非一致性地震作用下跨越地裂缝结构的动力响应研究EI北大核心CSCD

在西安市地裂缝活动性逐渐减弱并趋于稳定的背景下,以西安唐延路地下人防工程处f4地裂缝为研究对象,进行了跨越地裂缝结构有限单元类型选择,利用有限元ABAQUS分析软件建立了普通场地和地裂缝场地上考虑配筋位置和数量的三维实体框架结构精细化模型,并将计算结果与地裂缝振动台模型试验结果进行了对比。通过框架结构层间位移及位移角定量分析,找出了非一致地震激励下地裂缝对上部框架结构的影响规律。计算结果表明,地震作用时地裂缝的存在加剧了上部结构的破坏,跨地裂缝结构的地震响应与地震类型、地震强度、楼层位置有关。随着地震强度的增大,跨地裂缝结构动力响应显著增大。     

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。     

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。     

RC桥墩残余位移模拟的参数敏感性分析EI北大核心CSCD

为讨论RC桥墩震后残余位移模拟的建模方法,采用Open Sees非线性纤维梁柱单元和零长度转动弹簧单元,建立了桥墩抗震分析模型。以1个足尺RC桥墩振动台试验结果为依据,对桥墩进行动力时程分析和静力滞回性能模拟。结果表明,纤维梁柱单元数量、转动弹簧单元极限滑移量S_u、刚度折减系数b、调整纵筋失效循环次数的延性系数C_f和强度降低系数C_d对残余位移模拟的影响不明显。纵筋滞回关系调整参数R_0和转动弹簧单元捏缩系数R对残余位移模拟结果影响较大,初步识别结果为15和1.0。考虑混凝土抗拉的Concrete 02模型模拟残余位移精度高于Concrete 01模型,考虑纵筋的屈曲GA模型模拟的桥墩残余位移明显偏小。     

阻尼材料模量与损耗因子的双边梁测量反演误差机理与控制EI北大核心CSCD

通过引入中间变量,得到了双边自由阻尼梁阻尼层杨氏模量和损耗因子的简化反演公式,并在此基础上进行误差分析,给出了高阶误差预测公式。研究表明,影响反演精度的重要参数为复合梁与基底梁的刚度比;刚度比越大,反演精度越高;当刚度比接近于1时,共振频率比和质量比的误差放大倍数急剧增加,导致反演误差变大;通过增大阻尼层与基底层的厚度比和模量比,可以增大刚度比,进而提高反演精度。仿真分析验证了该结论的正确性。     

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。