超大型结构特征值问题求解的多重子结构子空间迭代

提出了在多重子结构分析中利用子空间迭代计算超大型结构特征值和特征向量的一种方法。该方法的计算结果既不受复杂子结构划分方式的限制,又不受包括旋转、镜射和平移的子结构多重几何调用组装方式的影响,与不作凝聚的单一整体结构分析具有相同的计算精度。该方法对于解超大型复杂结构的特征值问题十分有效,数值算例表明了该方法的可靠性及其在工程应用中的极佳效果。     

考虑子结构间相互作用的结构地震反应并行计算方法研究

提出一种用于结构地震反应分析的并行计算方法,此方法将被分析的整体结构划分为多个子结构进行并行计算,计算中考虑子结构间的相互作用。此系统中的核心是协调器,用于保证各子结构边界处的变形协调与力平衡。协调器基于柯西-牛顿迭代算法,通过修正边界处的不平衡力与刚度矩阵得到精确的位移数值解。此方法的特点是各子结构完全独立,相互之间只通过标准数据输入与输出接口传递力与位移。以一个包括四个塔楼的复杂结构为例验证了此方法的有效性。该复杂结构被划分为4个子结构进行并行计算,分析结果表明该并行计算方法对于动力弹性时程分析问题可以得到与整体分析一致的解,对于动力弹塑性时程分析问题,当步长足够小的时候,可得到具有足够精度的解。     

自由界面模态综合法并行动响应分析

利用模态综合法技术结合并行机特点提出一个求解复杂系统动响应的模态综合法。该方法可不必求整体模态，而利用子结构连接条件直接确定各子结构的动响应，算例表明该方法是有效的，并且具有较高的并行效率     

一种非迭代式的分布式子结构混合试验方法

该文针对混合试验中的子结构试验积分算法进行研究,提出了一种基于模型的预测-修正算法(M-PC)。M-PC在预测时采用初始刚度求解动力方程以得到预测边界位移,与差分得到的预测位移相比,具有较高的精度和稳定性。M-PC是一种非迭代式的算法,对于子结构边界自由度较多的混合试验,该算法具有效率高的特点。该文首先介绍了M-PC积分算法的基本公式和进行子结构混合试验的具体步骤,然后通过编程实现了与OpenSEES和ABAQUS两种有限元软件的通用接口、电液伺服式加载装置的控制程序以及网络通讯功能,最后通过门式框架的子结构数值试验和物理试验对M-PC算法进行验证。结果表明:M-PC算法有效地预测静力边界位移,结构整体响应合理,正确地模拟了各子结构的非线性行为。     

模态缩减法在组合结构振动特性分析中的应用

本文将子结构通过联结元件联结为组合结构的过程处理为结构的修改，利用各子结构已知的振动特性，应用模态缩减法对组合结构的自由度进行压缩，快速预测组合结构的振动特性。在模态缩减中，取各子结构的剩余附着模态作为其保留模态的补充，以提高计算的精度。对于含刚体模态的子结构，采取移频技术进行处理，计算表明，子结构移频后，对应的刚体模态也取为保留模态时，既可简化计算过程又有利于提高计算精度。文中给出了具体的计算实例     

半柔性悬挂结构分析的子结构模态法

针对一种半柔性悬挂减振结构提出其简化计算方法。根据这种结构的特点,将柔性悬挂层作为连接子结构,应用子结构模态综合法分析结构动力特性,得到结构的简化运动方程;分析了柔性层与悬挂楼面层间刚度比和综合模态数对结构简化计算精度的影响;提出了确定参与综合模态数的选取方法;基于模态综合法进行了算例的时程分析对比。结果表明:采用合理的子结构模态法减少了参与结构分析的自由度数目;综合模态数对结构计算精度的影响更显著。子结构模态法具有应用方便、计算精度高的特点,完全可以满足工程分析的需要。     

钢筋混凝土框架结构弹塑性数值子结构分析方法

大型复杂土木工程结构在地震作用下失效破坏可能由部分关键构件严重损伤破坏导致,而大部分构件仍处于弹性或小变形状态。该类结构的地震损伤和破坏全过程分析涉及超大规模系统强非线性动力分析,目前尚缺乏能很好兼顾效率和精度的计算理论,基于此,该文提出一种新型高效且实用的弹塑性数值子结构理论和计算方法,将大型复杂结构系统的大规模非线性计算问题转化为整体结构适度规模的线弹性分析和数量与规模均较小的局部隔离子结构非线性分析,其中,线弹性整体结构刚度矩阵的集成及LU三角分解仅需进行一次,大大提高计算效率;少数屈服构件的子结构非线性分析采用精细化有限元模型或不同类型单元模型,精确模拟构件局部损伤破坏机理,有效提高结构整体的计算精度。最后通过对一榀平面钢筋混凝土框架结构进行地震动力弹塑性数值子结构方法分析,验证其高效性与精确性。     

基于子结构的有限元模型修正方法

提出了一种基于子结构的有限元模型修正方法。该方法将整体结构有限元模型划分为多个子结构模型,求解独立子结构的主模态特征解和特征灵敏度;通过位移协调条件和能量方程,约束相邻独立子结构,得到整体结构的特征解和特征灵敏度;并以整体结构模态和结构试验模态的残差为目标函数,通过调整子结构单元参数,完成有限元模型修正。当结构局部参数发生变化,通过分析某一个或几个子结构即可求解整体结构特征解和特征灵敏度,而不需要分析其他未发生变化的子结构。由于子结构模型尺寸远小于整体结构,该方法能够极大地提高有限元模型修正方法的精度和效率。     

子结构传感器位置优化和响应重构

提出了一种子结构传感器位置优化和未测点结构响应重构的方法。按照结构体系,将整体结构划分为多个子结构,减少研究对象的自由度数目,然后对每个子结构单独进行传感器位置优化和响应重构。由于每个子结构的自由度数目都远小于整体结构,该方法有利于提高传感器位置优化和响应重构的效率。以最小化重构误差为目标方程,确定子结构传感器的位置和数目,并利用优化位置上的测量信息重构未测点的响应。数值算例和试验分析结果显示,利用有限测点测量信息重构的结构响应,在时域和频域里均能与计算或测量响应吻合良好。该方法不需要分割隔离各子结构和考虑复杂的边界条件,有利于该方法在大型土木工程结构中的使用。     

斜拉桥结构模型修正的子结构方法

针对大跨斜拉桥结构提出了一种子结构模型修正方法。根据斜拉桥结构体系特征,从空间上划分几个比较独立的子结构。对包括所有子结构特征信息和待修正参数的整体结构,进行特征信息对参数的灵敏度分析,验证各子结构之间的相对独立性,并确定子结构模型修正的顺序。基于各子结构的特征信息建立目标函数,采用遗传优化算法,依次对各子结构进行模型修正。以某大跨斜拉桥试验室物理模型为研究对象,对该方法进行了数值仿真和试验验证。基于仿真数据的子结构模型修正精准度高,基于实测数据的修正结果能得到与实际情况相符的合理解释。因此,该斜拉桥模型修正的子结构方法切实有效,且易于工程应用。     

基于局部静力测试的约束子结构修正法

针对局部子结构为修正对象的情况,提出只利用整体结构中局部子结构部分的静力位移即可精确修正子结构模型的约束子结构方法。首先利用静力测试获得局部子结构所对应的局部柔度矩阵,通过在子结构边界处施加虚拟固定支座,把子结构从整体结构中隔离出来成为约束子结构,同时构造出该约束子结构相应的柔度矩阵。然后利用柔度扰动新方法优化修正约束子结构,即等同于修正相应的子结构模型,从而可对该子结构的损伤状况作出评估。以一个平面桁架结构为例对所提方法进行了验证。结果表明,所提方法合理可靠,计算简单快捷且精度良好。     

分支轴系扭振的子结构分析方法研究

针对分支轴系结构,提出了一种按齿轮啮合形式分级划分子结构并逐级综合的方法来获取整个系统的扭振固有特性,并且采用这种方法分析了650轧机主传动系统分支结构的扭振固有特性。与其他方法计算结果的比较,表明了本文子结构分级划分与逐级综合方法的可行性。这种子结构分级划分、逐级综合分析原理,扩展了子结构模态综合法在分支轴系扭振问题上的应用范围,有效求解了复杂系统问题,为解决分支轴系结构扭振问题提供了一种良好思路。     

考虑界面转角自由度的频域子结构法研究

采用Jetmundsen频域子结构法,针对空间刚架结构的综合进行了数值仿真,研究了界面自由度的完整性对于综合结果的影响,讨论了一种间接获取转角自由度相关频响函数信息的方法.仿真结果显示,频域子结构综合法能够有效地预报结构的动力学性能,而通过引入间接获取的转角自由度的频响信息能在一定程度上改善预报质量.     

基于重复子结构的缝合式夹芯板动态特性计算

根据复合材料具有可重复单胞的特征,提出一种基于重复子结构的缝合式夹芯板动力学建模方法。利用复合材料精细化单胞有限元模型构造初始子结构和残余结构,通过空间位置关系映射得到重复子结构,将所有子结构组装到残余结构上,实现复合材料重复子结构动力学建模及分析。以缝合式夹芯板为例,对其进行重复子结构建模及动态特性分析,并与精细化实体有限元模型进行对比,验证方法的计算精度和效率。研究了初始子结构外部节点选取、残余结构位置选取、初始子结构尺寸选取对重复子结构建模及分析结果的影响。结果表明:针对具有重复性单胞的缝合式夹芯板结构,利用重复子结构进行动力学建模,残余结构的选取具有不唯一性,且初始子结构外部节点数量越多,重复映射过程越少,计算精度和计算效率越高;当初始子结构外部节点选取比例为50%时,相比较复合材料结构的精细化建模方法,可以提高结构动态分析效率。      

A parallel method of eigenvalue analysis using dynamic substructuring and homotopy continuation

A parallel method to solve large eigenvalue problems using dynamic substructuring and homotopy continuation is presented. Unlike the conventional approaches in substructuring, the non-linear term is not neglected for improved accuracy. Therefore, instead of solving the approximated condensed problems, full exact condensed forms are treated. Homotopy continuation method is introduced to solve the non-linear reduced eigenvalue problem. In the process small number of substructure modes are used to reduce the original eigenvalue problem, and additional degrees of freedom, besides those at interfaces, are selected. The whole procedures are implemented to workstation cluster using PVM. To show how the method works, simple two-dimensional numerical examples are solved. It is demonstrated that the method yields highly accurate results and good parallel efficiency. © 1998 John Wiley & Sons, Ltd.     

曲梁周期结构隔振器特性研究

利用曲梁具有径向刚度和切向刚度耦合以及波形转换的特性,设计了具有低频宽频带隙的曲梁周期结构隔振器。该隔振器由多层面板-支撑曲梁结构构成。针对曲梁对边支撑的结构,推导了分析含有内部自由度的周期结构的能带结构以及利用子结构迭代法进行响应求解的一般公式,并进行了验证,该子结构迭代法特别适合于周期数较多的复杂周期结构的响应求解。对带隙起始频率和终止频率所对应的结构模态进行了分析。讨论了曲梁和面板结构参数变化对周期结构隔振器带隙结构的影响。并且对一对边支撑的曲梁周期结构隔振器进行试验研究,测得其原点导纳和传递导纳,验证了这种周期结构低频宽频带隙的存在和建模方法的正确性。     

基于子结构能量的点阵结构损伤诊断方法研究

提出了二阶子结构能量法以检测点阵结构损伤，称为SOSEM (second order substructure energy method)。对于复杂点阵板，在已知损伤位置条件下，该方法只需结构中存在“缺陷”构件的模态信息，就可以准确地得到构件损伤程度，而传统基于模态分析的方法必需整体结构完全的模态信息，新方法提高了检测效率，对实现快速（实时）点阵结构损伤检测具有重要的应用价值。为了验证本文方法的有效性，以点阵板为例，采用数值方法分析了几种典型损伤情况，结果表明，该方法能够准确地检测出点阵结构中一个或多个单元的损伤。     

动力实时子结构试验中心差分法的稳定性

在实时子结构试验中,如果试件的反力不仅与位移有关,还与速度和加速度有关,那么对拟动力试验而言为显式方法的标准中心差分法变为隐式方法。为了使算法成为显式方法,需要引入速度和加速度的附加假定,这将导致算法的数值性能发生变化。为研究新算法的数值稳定性,在前期工作的理论基础上,针对动力子结构试件进行了试验研究。研究表明:算法的稳定性受试验子结构与数值子结构质量比的影响,且当试验子结构为动力子结构时,只要数值子结构与试验子结构的阻尼均为零,算法就是无条件不稳定的。     

土-结构三维动力分析的线性-非线性混合子结构法

为提高土-结构三维非线性动力分析问题的计算效率,根据结构存在局部塑性区域的特点,提出了适合于非线性子结构与多个线性子结构存在边界耦合情况的线性-非线性混合约束模态综合法。该方法将整体体系划分为线性和非线性两类子结构,对线性子结构依照势能判据截断准则进行自由度的缩减,并最终与非线性子结构进行综合,进而获得非线性体系的动态响应。进一步将该方法应用到土-高层建筑相互作用体系的三维动力分析算例中,针对两种不同的土体边界条件分别进行了多组地震动激励作用下的动力时程分析,验证了该方法的精确性与有效性。最后,针对非线性土体区域范围的多种不同取值进行了多组数值试验,结果表明:对于该文算例,当非线性土体区域的范围取为上部结构水平尺寸的3倍时即可获得满意的计算结果,进一步说明了该方法的有效性。