长周期结构地震瞬态反应研究

摘要：传统动力学理论通常认为地震瞬态反应可以忽略。基于简谐地震反应的基本理论,引进小波包分解技术,推导了实际地震动作用下,多自由度体系瞬态反应的计算方法。分析了等效单自由度体系的反应谱特性以及瞬态振动的规律。明确了长周期结构的最大位移可能出现在结构瞬态振动中,其值甚至超过结构在地震激励期间所发生的共振位移。通过实际地震动作用下长、短周期结构瞬态反应的比较,表明短周期结构主要由稳态振动控制,而长周期受瞬态振动影响显著。因此,长周期结构抗震不仅要避免共振发生,还须充分考虑到结构瞬态振动的位移破坏。     

基于模态试验的连接结构状态表征参数研究

有效辨识螺栓连接结构的连接状态,是确保结构可靠性和安全性的基础.传统的基于模态参数辨识结构连接状态变化的方法效果不太理想,从模态理论出发,在基准模态空间中构造了相对模态复/实连接刚度两类特征参数表征结构的连接状态,并采用不同拧紧力矩下的螺栓连接梁模态试验对构造的表征参数的有效性进行了检验.结果表明,所构造的表征参数比固有频率对连接状态变化具有更好的敏感性.     

基于正交化HHT和随机相位模拟非平稳随机过程

模拟非平稳随机过程已经成为工程中经常遇到的情况,使非平稳过程的大量模拟样本具有相同的统计特性并不容易。基于样本记录正交HHT变换的Hilbert谱提出了非平稳随机过程的模拟方法。首先,利用正交化方法对IMF分量进行处理,避免了传统EMD分解造成的能量泄漏。第二步,把样本的Hilbert谱均值作为随机过程的目标Hilbert谱,通过引入随机相位进行非平稳随机过程的仿真,并且给出了随机过程的统计特性函数。通过对低频地震动记录和高频地铁振动记录的模拟算例表明,模拟的非平稳过程样本与原记录在时频分布上非常接近,具有相同的统计特性。     

单体1:1:6方形截面建筑绕流的大涡模拟

基于Fluent 6软件平台,采用大涡模拟(LES)方法对一宽高比为1:1:6的高层建筑缩尺模型表面的平均和脉动风压进行了数值模拟,并与相应风洞试验结果进行了比较和分析,然后,研究了不同来流湍流度对结构表面风压分布的影响.结果表明:(1)对于类似研究的00风向角下的方形截面建筑来说,结构迎风面风压直接受来流湍流的影响;侧面由于存在流动分离,其风压主要受分离产生的特征湍流的影响,受来流湍流度的影响较小;而背风面处于复杂的尾流区,其表面风压受到的影响因素比较复杂.(2)在风压系数的统计特性和自谱上,LES结果与风洞试验结果均能够基本保持一致,LES方法能够较准确预测结构表面的平均和脉动风压分布.     

基于稀疏分解的多分量线性调频信号参数估计∗

本文提出了一种多分量线性调频信号的参数估计方法。基于过完备Gabor字典的Matching Pursuit算法,可以将信号表示为Gabor原子的线性组合。这些原子有效的揭示了信号的内在时频结构特征,是信号的一种稀疏表示。本文直接利用分解得到的稀疏信息对信号中调频分量的调频率、初始频率和结束频率进行估计。仿真结果显示,该方法适用于存在强有意干扰或者有色噪声的环境。     

大跨度混凝土斜拉桥主梁应力监测中徐变应变的分离

针对目前混凝土斜拉桥在施工控制中应力监测作为存在的难题，提出了一种适用于大跨度混凝土斜拉桥应力监测新方法。该方法利用主梁中性轴应力只与斜拉索水平力有关这一特点,根据实测索力求出中性轴应力，据此校准中性轴的实测应力并识别徐变系数，继而求出其余应力。将文中提出的方法应用于目前在建的一座大跨度混凝土斜拉桥主梁的应力监测，效果良好，说明此法的正确性和实用性。     

钢-砼叠合边主梁斜拉桥稳定板气动措施研究

钢-砼叠合边主梁断面广泛应用于大跨径斜拉桥中,但该断面形式容易产生大幅涡激共振,颤振风速也较低,应用于沿海地区桥梁常常需要附加抑振气动措施。基于两座实际的斜拉桥工程方案,通过节段模型风洞试验,对稳定板气动措施的抑振效果进行了研究。结果表明,通过合理布置稳定板这类气动措施可以有效抑制边主梁断面涡激共振的发生,并且可以改善颤振性能,提高颤振临界风速。     

基于分布式应变模态残差统计趋势的大跨斜拉桥损伤识别策略

近几年新兴的分布式测试技术得到了飞速发展,使得基于这类应变测试数据的损伤识别方法的研发显得尤为迫切。本文首先引入了分布式应变模态差损伤指标,并利用此指标对一大跨斜拉桥进行了损伤识别研究,分析了不同的测试环境、随机激励及损伤程度等因素对损伤识别效果的影响。然后对同种健康状态下的结构在不同测试环境条件下进行多次辨识,利用统计趋势分析和概率置信准则,提出了基于准分布式应变模态残差统计趋势的损伤识别策略。数值计算表明：所提策略很好的降低了各种随机干扰的不利影响,对斜拉桥主箱梁上发生损伤的多处单元都能准确识别出来,很好的解决了传统模态法损伤指标对结构早期轻微损伤不敏感的缺陷,避免了损伤淹没和误判现象。     

基于模态应变能和小波变换的结构损伤识别研究

针对单一方法对结构同时发生多处不同程度损伤识别的不敏感性缺陷,本文结合小波变换在时域、频域内表征信号局部特性且能够聚焦到信号或函数的任意细节进行处理的能力,提出了一种基于单元模态应变能和小波变换的结构损伤识别方法。在单元模态应变能基础上,利用小波变换系数的变化和分布情况构建单元模态应变能小波变换结构损伤指标,通过对简支梁的数值模拟和斜拉桥模型试验研究的结果与单元模态应变能平均变化率作为损伤识别指标的计算结果进行对比,结果表明该方法能有效确定结构同时发生多处不同程度损伤的位置和估计损伤程度,为实际工程应用奠定了基础。     

哈尔滨四方台斜拉桥模态参数和索力识别

桥梁的模态参数是修正有限元模型、识别损伤及桥梁状态评估的重要参数。动力测试是获得模态参数的必要途径。建立了哈尔滨四方台大桥的有限元模型;利用8个力平衡加速度传感器采用分组测试的方式测试了桥面加速度,利用压电传感器测试了斜拉索的加速度;联合NExT法和ERA法进行了斜拉桥模态参数识别,并将识别结果与有限元模型的计算结果进行了对比分析;采用拉索基频的频差拟合识别法进行频率及索力识别,并进行了实测索力与设计索力的对比分析     

大跨铁路斜拉桥模态特性研究

建立了大跨铁路斜拉桥的三维有限元整桥模型。利用子空间迭代法求解无阻尼自由振动的特征方程。分析计算了整桥频率和有车频率及其振型的变化趋势,模拟计算结果显示各阶有车整桥频率低于相应的无车整桥频率,并且振型也由整桥无车时,垂直面与水平面两个独立平面的振动,演变成有车时,竖向挠曲与横向弯扭的空间藕合,研究了不同停车位置和不同列车长度对斜拉桥的自振频率的影响,随着停车位置的变化,有车整桥频率发生波动,列车进桥、出桥时,整桥频率分别单调下降、上升;列车停于桥中和桥塔处,整桥频率出现驻值点,随着拖车数目的变化,有车整桥频率亦发生变化,一般趋势是:随着拖车数目的增加各阶有车整桥频率将会降低,而其变化趋势不受拖车数目影响。     

基于改进EMD与有限元的测力轮对组桥方案比较

基于有限元方法和改进的经验模态分解方法，研究测力轮对两种组桥方案信号输出的特点。建立测力轮对三维有限元模型，施加边界条件和载荷，计算轮对辐板面弹性应变以及两种组桥方案的电桥输出。提出改进的EMD方法，以改进的极值域均值提高局部均值的求解精度，用边界波形匹配预测法来抑制端点效应，结合差分与累加求和法抑制出现的模态混叠现象。运用改进的EMD方法对两种组桥方案电桥输出进行经验模态分解，提取并分析了电桥信号的各个谐波分量。研究结果表明：GB5595-85电桥输出主要为幅值波动较大的低频分量；最佳组桥方案输出主要为幅值小的高频分量，能有效减小电桥的幅值波动，具有更高的测量精度。     

经验模态分解理论及其应用

阐述了经验模态分解(EMD)的概念、基本理论及其作为一种数据驱动的时频分析方法,能够根据信号特点自适应地将信号分解成一组具有物理意义的固有模态函数的线性组合,十分适合于非线性、非平稳信号分析的机理,然后综述了一维EMD算法在解决包络拟合、边界效应、模态混叠等关键问题上的研究进展,重点对新兴的多维经验模态分解的发展情况进行了详细论述;介绍了EMD在信号去噪,地球物理、生物医学信号处理,电力工程、机械工程故障诊断方面的主要应用,结合EMD研究中的难点问题,指出了下一步研究的五个重要方向。     

基于核主分量分析的经验模式分解及其工程应用

若信号的信噪比较小,经验模式分解不能正确分解出基本模式分量,分量中含有伪分量。根据此种情况,提出一种核主分量分析与经验模式分解相结合的方法。该方法首先建立信号相空间,利用核主分量分析方法提取相空间的核主分量,然后利用投影逆过程将得到的核主分量逆向投影回原相空间,从而重建信号相空间。最后对重建的相空间所对应的信号作经验模式分解。此方法可以有效消除噪声和冗余对经验模式分解的影响,提高经验模式分解的适应能力保证分解的有效性,确保其能够分解出正确的基本模式分量。通过工程实例进一步验证了该方法的可行性。     

Seismic response analysis of a double-deck long-span cable-stayed bridge under multi-support excitations

In this article, the effect of earthquake ground motions, especially spatially varying motion, on the seismic response of a long-span double-deck cable-stayed bridge is investigated. Static and dynamic response analyses, with the focus on internal forces on web members, are carried out on the Shanghai Minpu Bridge which is the longest long-span double-deck cable-stayed highway bridge. Firstly, a program for the generation of multi-ground motions has been developed, based on the multivariate stochastic processes of the weighted amplitude wave superposition method in FORTRAN. Secondly, a refined finite element model composed of beam and shell elements and a simplified model using equivalent beam elements to model girders of the bridge are established in ABAQUS. Geometrical nonlinear static analysis is performed to get initial equilibrium configuration of the bridge for both the above models. Modal analysis is carried out on the initial equilibrium configuration and the natures of mode shapes for the refined model are discussed in detail. The dynamic response analyses under two groups of uniform seismic excitation indicate that the two models result in approximately identical results. Thirdly, the effect of nonlinear viscous dampers, located between the tower and the girder, on movement due to seismic excitation is investigated on the simplified model under uniform excitation. Results show that the dampers magnify the shear force and moment on lower tower columns in the longitudinal direction, but have relatively small effect on the upper tower columns. The shear force and moment of the tower base increase with the damping coefficient in a certain range. Finally, the characteristics of internal force for towers, subsidiary piers, and web members (vertical and oblique web members and side oblique chords) under multipoint excitation are examined. It is concluded that the abrupt changes on the shear envelope curves at the intersection of the tower column and the lower transverse beam are aroused due to the eight nonlinear fluid viscous dampers. The lateral moment of the subsidiary piers increases with the distance from the tower to subsidiary piers. The maximum axial forces of web members of side-span vary acutely, especially those of the vertical and oblique members close to the piers. For side oblique chords, the maximum axial force is uniformly distributed with the exception of members at the piers and the mid-span sections. Therefore, attention should be paid to the fluctuation forces of cables in seismic analysis of long-span cable-stayed bridges, since the uplift of girder ends may cause severe damage to bridges.     

大跨度斜拉桥在接连两次地震作用下的响应分析

通过将地震动时程首尾相连的方式来模拟桥梁结构接连遭受两次地震作用,并利用ANSYS非线性时程分析程序,通过具体算例,对大跨度斜拉桥分别进行一次和二次地震作用下的弹塑性行时程分析,进而比较大跨度斜拉桥在一次和接连两次地震作用下的响应特点,这对以后实际桥梁的抗震设计具有重要意义。     

基于EMD和HHT的航空发动机转子—机匣振动信号分析

将EMD和HHT方法引入航空发动机转子—机匣的振动信号分析,某台发动机的台架实测机匣振动信号的分析结果表明,该方法能够比较清楚地再现转静系统碰摩故障随转速和采样周期的演变过程,能够克服傅立叶谱无法同时获得时域和频域信息的缺陷。同时边际谱与傅立叶谱相比能够比较真实客观地反映系统的频率和幅值分布情况。     

基于经验模态分解的爆破延期识别优化方法

针对爆破延期识别中采用经验模态分解(empirical mode decomposition, EMD)方法存在模态混叠现象,导致延期识别精度低的问题。提出了一种完全正交经验模态分解(principal empirical mode decomposition, PEMD)方法,首先对原始信号进行EMD初步分解,得到多个具有模态混叠现象的本征模函数(intrinsic mode function, IMF)分量,其次对IMF分量进行主成分分析(principal component analysis, PCA),将混叠的IMF分量完全正交化,之后选择幅值较大且波形衰减明显的主分量,使用Hilbert变换提取包络线,最后对包络线峰值点进行识别。通过相似物理模拟试验证明,PEMD与传统方法EMD相比,有效地抑制振动信号EMD分解时出现模态混叠现象,延期识别误差降低至0,并通过控制高程和延期时间对PEMD方法的稳定性进行了检验;同时以德兴露天边坡延期爆破试验为例,PEMD能够更好地对爆破振动波峰值点进行精确识别,识别率稳定在90%以上,对后续爆破工程中爆破参数设计优化和盲炮的识别具有重要意义...     

桥梁动力测试信号的自适应分解与重构

针对桥梁结构动力测试信号噪声水平高、难以分离结构有效信号的特点,在总体平均经验模态分解方法和主成分分析的基础上,建立了自适应分解与重构方法。对经验模态分解结果的模态混叠现象进行深入分析,利用白噪声概率密度函数的均匀性对模态混叠模式一进行了改进,基于相关性分析改进了模态混叠模式二,改进后的分解方法在计算效率和分解精度上均有较大提升;随后对所有分解获得的固有模态函数进行多尺度主成分分析,实现降噪和选择并重构测试信号。分别用模拟信号和实际桥梁测试信号对所提方法的有效性进行了验证。结果表明:改进后的信号自适应分解和重构方法能在降噪的同时,有效地提取桥梁结构信息,可用于实际桥梁结构的动力测试分析中。     

应用希尔伯特黄变换的单矢量传感器多目标分辨研究

将希尔伯特黄变换与矢量信号处理相结合应用到水声领域,与传统方法相比有许多优势。在希尔伯特黄变换中本征模态函数是基于序列数据的局部时间尺度特征而得出。每个本征模态函数可以看作是信号中一个固有振荡模态,其对应于某个目标的固有振荡,希尔伯特黄变换用经验模态分解的方法将信号分解为多个本征模态函数,可以较好地将不同目标的能量分离。该变换得到的瞬时频率、瞬时能量和瞬时方位具有清晰的物理意义,信号的时间-频率-方位-能量的四维分布为多目标信号处理提供了丰富的信息量。与传统处理方法相比不仅有较好的目标分辨效果,而且适用于非线性和非平稳信号的处理。