确定性周期与随机激励联合作用下非线性系统非平稳响应的统计线性化方法

提出一种用于求解确定性周期与非平稳随机激励联合作用下,单自由度非线性系统非平稳响应的统计线性化方法。将系统响应分解为确定性周期和零均值随机分量之和,则原非线性运动方程可等效地化为一组耦合的、分别以确定性和随机动力响应为未知量的非线性微分方程。利用统计线性化方法将非平稳随机激励作用下的非线性随机动力方程化为等效线性方程,得到关于线性随机响应二阶矩的李雅普诺夫方程。联立李雅普诺夫方程与谐波激励作用下的确定性微分方程,并利用数值算法对其进行求解。以蒙特卡洛模拟验证了此方法的适用性和精度。     

色噪声与确定性谐波联合激励下Bouc-Wen动力系统响应的统计线性化方法

提出了一种用于求解色噪声和确定性谐波联合作用下单自由度Bouc?Wen系统响应的统计线性化方法.基于系统响应可分解为确定性谐波和零均值随机分量之和的假定,将原滞回运动方程等效地化为两组耦合的且分别以确定性和随机动力响应为未知量的非线性微分方程.利用谐波平衡法求解确定性运动方程,利用统计线性化方法求解色噪声激励下的随机运...     

周期与色噪声联合作用下分数阶Duffing振子非平稳响应的无记忆方法

基于统计线性化提出了一种求解周期与色噪声激励联合作用下分数阶Duffing系统非平稳响应的无记忆方法。将系统响应分解为确定性周期和零均值随机分量之和，则原非线性运动方程可等效地化为一组耦合的、分别以确定性和随机动力响应为未知量的分数阶微分方程。利用无记忆化方法将确定性和随机分数阶微分方程转化为相应的常微分方程。利用统计线性化方法处理随机常微分方程，得到关于随机响应二阶矩的李雅普诺夫方程。利用数值算法联立求解李雅普诺夫微分方程和确定性常微分方程。通过Monte Carlo模拟，验证此方法的适用性和精度。     

随机与谐和联合激励下分数阶非线性系统的统计线性化方法

提出了一种计算随机与谐和联合激励下非线性分数阶系统响应二阶矩的统计线性化方法.假定位移响应可写为确定性均值和零均值随机分量之和的形式,原运动微分方程可化为关于均值分量的确定性微分方程和关于随机分量的随机微分方程组合.分别利用谐波平衡法和统计线性化方法对上述两类方程求解后,可得响应的确定性均值与随机分量.Monte Ca...     

基于改进Bouc-Wen模型的非线性结构非平稳随机地震响应分析

实际的地震记录表明,地震作用是一个明显的非平稳随机过程。在强震作用下,结构会出现滞回非线性,甚至表现出退化特性。考虑此,采用可以模拟结构退化及捏拢效应的改进Bouc-Wen模型来模拟地震作用下结构的滞回行为。基于等价线性化法,建立了非平稳激励下改进Bouc-Wen系统随机响应的求解过程,同时采用Monte Carlo法验证其准确性,并分析了激励强度、退化程度、捏拢效应等参数的影响。以一木排架结构为例,分析了木排架结构在非平稳地震动作用下的随机响应。结果表明:激励强度越大,系统位移均方根和累积滞回耗能均值越大;退化效应使系统的位移均方根明显增加,但对累积滞回耗能均值影响不大;捏拢效应显著增加了系统的位移均方根,但降低了系统的累积滞回耗能均值;另一方面,计算结果显示退化和捏拢效应使得响应偏离高斯分布的程度有所增加,进而使得等价线性化法的计算误差有一定的增加。     

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。     

演变随机响应问题的统一解法

演变随机过程是指平稳随机过程按确定性调制规律演化而得的一种非平稳随机过程。无论是时不变或时变系统在演变随机激励下的响应，还是时变系统在平稳随机激励下的响应，均属演变随机响应，求解演变随机响应问题的关键在于找到该响应的确定性调制规律，最近提出的线性系统的演变随机响应问题的统一解法指出：求解有关演变随机响应的调制规律等价于求解原系统在某种确定性激励下对应于零初始条件的瞬态响应，在一般情形下，这类瞬态响应均可用现成的数值解法，例如Runge-Kutta法求得。上述统一解法原本是针对确定性系统提出的，但结构Monte-Carlo法、或随机摄动法、葺随机正交展开法，就可推广用于随机结构的演变随机响应分析，本文将系统地介绍这个统一解法及其新进展。     

单自由度随机滞回系统的振动响应分析

在Bouc—Wen滞回模型的基础上，根据求解随机非线性结构动力学的二阶矩法，推导出求解由滞回环本身的随机性而引起的、单自由度随机滞回系统的响应的有效数值方法，得到了系统响应的均值和标准差。并采用Monte—Carlo数值模拟法对系统的响应进行模拟分析，其计算结果与数值模拟结果相基本吻合。从而解决了由滞回环本身的随机性引起的非线性振动系统的随机响应问题。     

非平稳地震作用下随机结构动力可靠度计算

对非平稳地震作用下的含随机参数结构,建议了一类结构体系动力可靠度的数值模拟求解方法.把结构动力方程写成状态方程形式,采用精细积分法对状态方程进行数值求解,将结构响应表达为一系列随机系数和离散时刻处随机激励乘积的和形式.随机系数为结构随机参数的函数,反映结构随机参数对随机响应的影响.在确定性结构非平稳随机响应时域分析方法的基础上,采用不含交叉项的二次多项式对该随机系数进行重构,获得了结构响应关于结构随机参数和离散时刻处随机激励的显式表达式.基于该显式表达式,利用数值模拟技术可以方便地进行首次超越失效准则下结构体系动力可靠度的求解.对一榀非平稳地震作用下的含随机参数框架进行了结构体系动力可靠度分析,并在计算精度和计算效率上与传统蒙特卡罗法进行了比较,结果显示所提出的方法具有理想的精度和相当高的效率.     

结构非平稳随机响应方差数值计算方法

对受非平稳随机激励的工程结构,建立了在任意调制的演变随机白噪声和有色噪声激励下,结构响应方差矩阵的计算方法.提出了矩阵微分方程的数值解法,首先将矩阵微分方程转换为普通的代数微分方程,再应用常规的ODE求解器进行求解.该方法可以处理任意调制的演变随机白噪声或有色噪声,原理简明,易于掌握和应用.文中介绍了相应的关键计算步骤.数值仿真算例显示了该方法的正确性和可行性.     

大规模非线性系统随机振动显式迭代Monte Carlo模拟法

探讨了非平稳随机激励下大规模非线性系统随机振动Monte Carlo模拟法。引入等效激励的概念,把非线性系统动力方程写成状态方程的形式,并采用精细积分法对状态方程进行数值求解,导出非线性系统振动分析的显式迭代法。基于所导出的显式迭代公式,可以有效提高单次确定性非线性振动分析的计算效率,从而可以通过Monte Carlo模拟获得非平稳随机激励下非线性系统随机响应的统计信息,同时还可以获取非线性系统随机响应的演化概率密度函数。数值算例表明,所提出的方法迭代收敛速度快,计算精度高,适用于求解大规模非线性系统随机振动问题。     

IHB法在多自由度Bouc-Wen滞回非线性系统响应特性研究中的应用

工程中常用Bouc-Wen模型来描述具有滞回特性的振动系统,此类系统是一种多值性的非解析系统,其动力学理论分析比较困难。由于Bouc-Wen滞回模型的微分形式,一般采用数值方法进行积分求解,但对于多自由度系统来说求解速度非常慢,且难以求得不稳定解。故提出将滞回力引入为一个增加的自由度,重新建立振动系统的微分方程,将增量谐波平衡(IHB)法推广至求解该类含Bouc-Wen模型的多自由度滞回非线性系统,并引入弧长法解决由迟滞非线性引起的跳跃和多映射现象。利用该法分析了一些滞回系统的响应特性,通过与数值方法进行精度和效率对比,体现了该方法的优越性。     

移动的车辆随机荷载作用下梁桥的瞬态响应

本文首先给出了车辆随机荷载的统计描述,然后建立了运动的平稳随机荷载作用下粘弹性地基上Euler-Bernoulli梁的运动方程,利用Green函数的概念和积分变换方法对梁的振动方程进行了求解,获得了梁的随机动挠度的理论表达式,还针对具体算例进行了数值计算分析.最后利用随机振动理论给出了随机响应的几种主要统计量的计算公式.     

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。     

非平稳随机响应灵敏度分析的时域显式法EI北大核心CSCD

针对非平稳激励下的结构振动问题,研究动力响应方差灵敏度的高效时域求解算法。首先推导确定性动力响应灵敏度的时域显式表达,继而结合方差灵敏度的一般计算公式,得到非平稳随机响应方差灵敏度的时域显式计算列式。该列式同样适用于平稳激励下结构瞬态响应方差灵敏度的求解。以框架结构和桁架结构分别受不同类型的非平稳激励为例,时域显示解法和其他方法的对比计算结果验证了时域显示解法的有效性。     

移动随机荷载作用下桥梁振动分析

为了研究移动随机荷载作用下桥梁的振动问题,首先利用虚拟激励法将随机荷载转化为确定性的简谐荷载,推导了桥梁的非平稳随机响应,包括演变功率谱和时变标准差;再将精细积分法扩展到求解移动简谐荷载作用下结构的动力方程,提出了协调分解过程来模拟荷载的连续移动.在数值算例中,研究了单跨及多跨桥梁的基本随机振动特性;讨论了桥梁模态之间的相关性和荷载之间的相关性对桥梁响应的影响.     

隔震结构非线性随机地震响应分析的复模态法

本对多自由度双线性滞变隔震结构在过滤白噪声地震激励下的随机响应问题进行了系统研究。首先建立了结构非线性运动方程；然后根据非线性随机振动理论对运动方程进行等效线性化；最后用复模态法获得了等效线性方程的解析解，将复杂的非线性随机响应问题简化为求解一元非线性代数方程问题，并给出了算例。从而建立了多自由度隔震结构非线性随机响应复模态分析的一整套计算方法。     

转轴系统平稳随机地震响应的变异性分析

本文对于具有随机参数的线性转轴系统受平稳随机地面激励的问题,给出了求解其随机响应方差变异性的计算方法。由于先用虚拟激励法将平稳随机激励转化为确定性的简谐激励,使双随机问题精确地转化为单随机问题,使求解过程简便有效。     

非对称非线性系统非平稳随机响应的中心差分法

利用随机中心差分法离散化格式,结合时变等价线性化步骤,建立了多自由度非线性系统受非白噪声随机激励作用下非平稳响应协方差矩阵的递推算法.在考虑到非对称项引起的非零均值响应条件下,对等价线性化方法进行修正,使之适用于非对称系统.算例表明:该方法计算结果和Monte Carlo模拟结果符合较好,且对所给算例,此方法比原中心差分法精确.该方法计算步骤简单,便于在计算机上实现,计算效率高.     

色噪声激励下Duffing—Rayleigh—Mathieu系统的稳态响应

基于广义谐和函数与随机平均原理,研究了具有强非线性的Duffing-Rayleigh-Mathieu系统在色噪声激励下的稳态响应.通过van der Pol坐标变换,将系统运动方程转化为关于幅值与初始相位角的随机微分方程.应用Stratonovich-Khasminskii极限定理,作随机平均,得到近似的二维扩散过程.在此基础上,考虑共振情形,引入相位差变量,做确定性的平均,得到关于幅值与相位差的It(o)随机微分方程.建立对应的Fokker-Planck-Kolmogorov(FPK)方程,结合边界条件与归一化条件,用Crank-Nicolson型有限差分法求解稳态的FPK方程,得到平稳状态下系统的联合概率分布.用Monte Carlo数值模拟法验证了理论方法的有效性.