桩、土动力相互作用的简便积分方程法

将桩视为弹性杆件,推导其在轴向和侧向荷载作用下的拉氏空间基本解,应用互等定量分别建立了桩在轴向和侧向动力荷载作用下的积分方程使其离散。对于土域应用了弹性半空间的拉氏空间动力基本解,采用加权残量法建立了土域的积分方程也使其离散,按照土和桩接触面的平衡和相容条件,对桩、土系统建立一组代数方程,则在其接触面和域内任意点的位移和力可以求解,由Ｋｏｉｓｕｍｉ数值求逆的方法可以得到时域的解。     

频率依赖性对黏弹性调谐质量阻尼器的影响

为了研究黏弹性材料频率依赖性对黏弹性调谐质量阻尼器控制性能的影响,引入了黏弹性材料的等效分数阶开尔文模型,建立了结构-黏弹性调谐质量阻尼器系统的动力方程.定义了储能模量和损耗因子的频率依赖性指标,分析了频率依赖性指标对受控结构和阻尼器动力响应的影响规律,通过数值算例验证了黏弹性调谐质量阻尼器良好的控制效果.结果表明:黏弹性材料储能模量的频率依赖性水平越高,黏弹性调谐质量阻尼器的控制效果越好,其自身的响应越小;损耗因子的频率依赖性水平对黏弹性调谐质量阻尼器控制效果影响较小,但其数值大小直接影响了黏弹性调谐质量阻尼器的最优频率比和控制效果.     

广义Maxwell阻尼器高层结构随机风振响应解析法

为解决设置广义Maxwell阻尼器的非定常耗能结构在随机风荷载作用下的随机响应采用传统方法比较繁琐及精度不高的问题,针对此类结构提出基于传递函数法的精确分析方法。首先,用微分积分混合方程组建立了结构的动力运动方程;其次用传递函数法及巴斯金相关函数的随机风振激励模型,获得了结构用第一振型表达的时域瞬态位移响应非扩阶解析解;然后,根据获得的解析解,运用随机振动方法获得了该类型耗能结构第一振型下的随机风振响应及楼层处等效静态风荷载设计取值的解析解,最后通过算例计算显示:设置阻尼器后结构的位移减少约36.7%,同时与数值方法计算结果完全吻合,证明了本文方法的优越性。由于采用巴斯金相关函数的随机风振激励模型,本文方法可以应用其他诸如地震、路面不平等激励下的振动响应。     

两维地震激励下格构拱动力响应简化评估方法

通过对振型位移响应进行合理的线性组合,给出了两维地震激励下格构拱结构的变形模式,基于该变形模式导出了推覆分析的荷载模式,采用该荷载模式对结构进行一次非线性推覆分析,建立了一种等效单自由度体系,通过对该等效单自由度体系进行时程分析,求得结构目标性能点,进而得到结构整体动力响应;在此基础上,通过对两维地震动输入进行适当简化,提出了格构拱在两维地震激励下动力响应的简化评估方法.采用简化方法对某大跨度柱承格构拱结构分别在硬土和软土场地一系列地震波两维分量激励下的动力响应进行分析,与时程法分析结果进行对比表明:简化方法计算的动力响应变化趋势与时程法基本一致,两向节点位移和单元最大应力平均误差分别为15.1%、12.5%和16.6%,但计算耗时仅约为时程法的25%.     

随机激励作用下被控结构的阻尼器优化布置

以结构在随机激励作用下的振动控制问题为研究对象.通过等效激励法构造具备随机谱特征的等效地震荷载时程作为输入,从而将频域范围内的结构随机振动控制问题转化为时域问题进行计算分析.利用遗传算法的0,1染色体编码模拟阻尼器的楼层空间布置,实现了阻尼器数目指定情况下,以楼层最大加速度和层间位移角为控制目标函数的阻尼器最优布置方案.仿真分析表明:该优化措施针对性强,效果显著.     

车致桥梁振动与黏滞阻尼器参数

目前国内外已通车运营的大跨度悬索桥,在车辆荷载作用下普遍存在因主梁纵向累计位移过大而引起的伸缩缝和支座提前破坏现象。针对该问题,通过在主梁纵桥向设置黏滞阻尼器,并采用非线性时程分析方法对结构进行动力响应分析,研究了阻尼器对车辆荷载引起的纵向振动响应的控制效果及阻尼器参数变化对控制效果的影响规律。结果表明：设置恰当参数的黏滞阻尼器,可以有效抑制悬索桥在车辆荷载作用下的振动响应;主梁梁端最大位移、梁端累计位移和1/4跨处的竖向最大位移随阻尼器参数变化的规律具有一致性。最后,对大跨度悬索桥黏滞阻尼器参数的选用问题进行总结,建议先以车辆荷载作用下的主梁纵向振动位移和阻尼器工作功率为优化目标,再根据地震响应的控制效果确定最优参数。这样既能保证黏滞阻尼器具有足够的安全储备,又能同时实现对地震及车辆荷载的控制。     

动载荷作用下无限长FGM梁在分数阶黏弹性地基上的精确解

基于分数阶微分Zener型黏弹性地基模型,建立动载荷作用下无限长FGM梁在分数阶黏弹性地基上的运动控制微分方程。利用傅里叶和拉普拉斯变换将控制微分方程简化为代数方程。首先在频率域内得到解答,然后利用傅里叶和拉普拉斯逆变换以及卷积定理将解答再转换回时间域内,得到黏弹性地基上FGM梁的挠度、速度、加速度、弯矩和剪力响应的精确解。最后,计算了冲击荷载作用下弹性地基FGM梁的动态响应,给出了x=0处梁的垂直速度和弯矩的响应曲线,其形状特征和均匀材料梁相同,且材料梯度指标p对结果的影响较小。     

基于Vector Fitting的金属薄壳电磁脉冲屏蔽效能的计算

金属薄壳电磁脉冲屏蔽效能的计算是电磁兼容研究的基础。为评估金属薄壳电磁脉冲瞬态屏蔽效能,该文提出了一种任意波形激励情况下金属薄壳电磁脉冲时域响应的快速计算方法。该方法将金属薄壳频域屏蔽效能转移函数拟合为有理函数,根据拉氏逆变换性质,得到金属薄壳脉冲时域响应指数叠加的形式,从而采用递归卷积计算任意波形激励时金属薄壳的暂态屏蔽效能。该方法直接在时域内计算,避免了基于FFT(FastFourierTransformation)算法的时域频域转换;同时,采用递归卷积分格式,极大地提高了计算效率。通过与近似公式比较,证明了该方法比近似公式更为准确,计算速度更快。     

基于分数阶Kelvin黏弹性模型的固体推进剂药柱应力分析

利用黏弹性材料本构关系的Laplace变换与弹性材料的形式相似性,得到了分数阶Kelvin黏弹性模型弹性模量和泊松比的Laplace变换解.将固体推进剂药柱视为黏弹性介质,并利用分数阶Kelvin本构模型来描述其应力-应变关系.在推进剂药柱应力弹性解的基础上,运用弹性-黏弹性对应原理得到了分数阶Kelvin黏弹性模型描述的推进剂药柱在均布内压作用下内力的拉氏解,通过Laplace逆变换求得了其时域解.研究结果表明:推进剂药柱径向应力总是压应力,而环向应力总是拉应力,分数阶Kelvin黏弹性模型的解可以退化到经典Kelvin黏弹性模型的解,分数导数的阶数越大,应力的绝对值越大.     

非线性流滞阻尼器耗能结构随机风振响应和等效风荷载取值

针对非线性流滞阻尼器耗能结构在Davenport谱风振激励下的随机响应及等效风荷载取值进行了系统研究.首先建立了结构的非线性运动方程;经过等效线性化后,采用复模态理论解耦,进而用随机振动方法获得结构风振响应解析式和等效风荷载取值的计算公式,从而建立了结构非线性随机风振响应的分析方法.     

计算一维结构瞬态动力响应的广义微分求积法

对广义微分求积法在结构瞬态动力响应计算中的应用进行了研究,针对一维结构动力学问题,直接从控制微分方程出,提出了计算在任意激励力作用下结构动力响应的一种新方法。该方法在空间域采用ＧＤＱ法,在时间域取级数,采用时域配点的方式得到响应位移场全竞选主参数的线性代数方程组,解此方程组即可求得整个时间域的响应位移场。     

考虑SSI效应的黏弹性阻尼器减震框架结构体系的简化分析

首先在频域中建立了考虑SSI效应的黏弹性阻尼器减震结构的动力平衡方程,通过模态应变能法计算出上部结构的振型频率与振型阻尼比,忽略阻尼器对结构振型的影响,并基于上部结构振型正交性假设对控制方程进行解耦,将原SSI减震结构体系等效为固定基础上的串联质点系模型,采用经典的振型分解法求解结构体系的地震反应。通过数值算例验证了简化方法的可靠性并研究了黏弹性阻尼器性能受SSI效应的影响。结果表明:当结构自由度较多时,采用本文简化方法在保证计算精度的同时可以很大程度地提高计算效率;当考虑SSI效应后,黏弹性阻尼器对结构的控制效果与固定基础相比有所不同。本文提出的简化分析方法可快速地分析建立在软土地基上的黏弹性消能减震结构地震反应。     

黏弹性流体饱和孔隙介质动力反应分析的显式有限元方法

黏弹性流体饱和多孔介质模型比单相介质或者弹性饱和孔隙介质更接近实际的土层介质,应用该模型研究土层介质的动力响应更为合理。用数值方法研究了半空间黏弹性流体饱和孔隙介质的动力时域响应。根据Biot黏弹性流体饱和两相多孔介质波动方程,采用解耦技术,建立了以固相位移和流相位移为未知量的黏弹性流体饱和孔隙介质动力分析的一种显式有限元法。该方法克服了隐式方法需要求解联立方程组的缺点,具有节省计算机内存空间和计算时间的优点。与解析解比较表明,该算法具有较高的计算精度;最后以一维黏弹性流体饱和孔隙介质为例,分析了黏性系数对动力响应的影响。     

横观各向同性黏弹性沥青路面的动力响应

为了更好地表征路面在荷载作用下的力学行为,研究考虑基层和土基材料的横观各向同性特性的黏弹性沥青路面在落锤式弯沉仪(fal1ing weight deflectometer,FWD)荷载作用下的动力响应。从各向同性黏弹性和横观各向同性弹性轴对称空间动力问题的基本控制方程出发,借助相应的积分变换,分别建立积分变换域内的各向同性黏弹性体的双节点层单元刚度矩阵和横观各向同性弹性体的双节点与单节点层单元刚度矩阵,进而得到考虑横观各向同性的黏弹性多层沥青路面结构的解析刚度矩阵解。通过求解横观各向同性问题退化的各向同性问题,并与已有解答进行对比,验证本文计算方法的准确性。然后,分析基层和土基的横观各向同性特性对路表弯沉的影响。研究结果表明:随着基层和土基模量比减小,路表弯沉增大,且基层模量比变化的影响更显著。     

基于拉氏变换的弹性动力学问题边界元法

弹性动力学方程的边界元求解一般有两种方法，一是采用带时间变量基本解的时域法，二是采用积分变换法(拉氏变换或富氏变换)。本文采用拉氏变换，将瞬态的弹性动力学方程作拉氏变换后，在变换域内用边界元法求解，最后再用代数数值反演方法求得原问题的解。     

纤维增强聚合物加固黏弹性Timoshenko裂纹梁的弯曲变形

将裂纹的缝隙效应和FRP加固作用等效为黏弹性组合弹簧,推导出Laplace变换域内FRP加固黏弹性裂纹梁的等效抗弯刚度.基于标准线性固体本构关系和Laplace变换,获得了具有任意开闭裂纹数目FRP加固黏弹性梁弯曲的解析解.数值算例说明,AFRP布可有效地削弱裂纹效应,且裂纹梁的变形与跨高比成反比例关系;受AFRP布加固作用影响,裂纹深度和荷载的改变对梁变形的影响并不明显.     

黏弹性阻尼器减震结构考虑SSI的参数分析

采用通用有限元软件ANSYS,针对某软土地基上土-基础-黏弹性阻尼器减震框架结构进行了三维有限元分析.计算中土体的本构模型采用等效线性模型,土体的侧向边界采用黏弹性人工边界,研究了改变黏弹性阻尼器的阻尼系数、土体的软硬程度和基础形式等参数时,土-结构相互作用(简称SSI)对黏弹性阻尼器减震效果影响的变化规律.结果表明:随着黏弹性阻尼器阻尼系数的增大,土-结构相互作用对其减震效果的影响程度先增大后减小;黏弹性阻尼器的减震效果总体上随着土体的变硬而变好;设置黏弹性阻尼器的结构采用桩筏基础的减震效果优于采用箱型基础的.     

立体停车结构抗震性能及水平阻尼支撑参数优化

将原研发的水平阻尼支撑应用于高层立体停车结构,以框架停车区平面剪切角及升降区平面剪切角在水平激励下的峰值响应为性能指标,使用ANSYS软件的APDL语言建立了参数化车库-阻尼器模型,通过动力时程分析,研究了支撑杆件布置方案、黏弹性材料的阻尼系数与损耗因子变化对水平阻尼支撑响应控制效果的影响,经比较分析后确定了优化后的水平阻尼支撑参数.结果表明,当支撑杆布置选取最优方案,黏弹性材料阻尼系数取200kN·s/m、损耗因子取5.0时,在不同二维地震波作用下,结构的停车区平面剪切角峰值分别下降了65.67%、51.72%、51.59%,升降区平面剪切角峰值分别减少了73.23%、72.51%、75.36%,结构平面内梁柱变形同步性增强,升降设备工作环境稳定性明显提升,水平阻尼支撑工作状态良好.研究结果对黏弹性阻尼器应用于高层立体停车结构以及高层立体车库设计具有指导意义.     

附加黏滞阻尼器的框架结构地震响应分析

考虑到地震动具有随机性,利用平稳过滤白噪声地震动模型,首先建立黏滞阻尼结构的动力方程,运用虚拟激励法将平稳随机地震激励转化为简谐振动分析,求解黏滞阻尼结构在随机地震作用下的响应,然后通过选用相同数量的阻尼器在最大层间位移处集中布置、循环布置、权数布置三种布置方案,对比分析布置前后结构的地震反应,得出最优的黏滞阻尼器空间位置布置方案。由此可知黏滞阻尼器具有明显的减震效果,得到的黏滞阻尼器布置建议对抗震设计和加固具有参考意义,同时使用虚拟激励法能高效快捷的求出结构的随机响应。     

线性二次型调节器算法对黏弹性阻尼器参数的优化设计

鉴于黏弹性阻尼器(VED)对结构减震控制的局限性,采用等效刚度和等效阻尼的力学模型,对VED的参数优化问题进行了研究。基于LQR的最优控制算法,提出一种以VED控制下结构的振动响应去逼近最优控制下结构振动响应的VED参数优化的新方法。通过对一个加入VED的3层混凝土框架结构进行动力响应数值分析,得出结论。方法相对简单,所提出的VED参数优化方法能够使结构动力响应得到有效的控制,控制效果与采用最优控制算法的计算结果较为接近,验证了该方法的有效性。利用上述方法优化VED参数,对结构进行振动控制,虽然无法达到全状态最优增益反馈控制力的主动控制效果,但经过优化后的动力反应逼近最优控制算法的结果。该方法为VED在结构减震控制方面取得更好的减震效果提供了理论参考。