直接迁移子结构法及在叠积电抗器抗震分析中的应用

针对工程中常见的链式结构的特点,将频响函数和迁移矩阵引入动态子结构方法中,提出了简单高效的直接迁移子结构方法.该方法用子结构的部分特征对来直接计算子结构的频响函数矩阵,从而组成各子结构的迁移矩阵.运用综合求解,可得到整体结构的特征对与谐和激励响应,不仅可大大提高计算效率,而且使主模态的求解变得简明.用此方法计算了三相叠积电抗器的固有频率,根据虚拟激励法把随机载荷转化为虚拟谐和激励,并计算了该结构的随机地震响应.计算结果表明,用直接迁移子结构法求解三相叠积电抗器的固有频率可以节省5/6的计算时间,计算随机地震响应则至少可以缩短1/3的计算时间,从而证明了直接迁移子结构法的有效性和在工程中的实用性.     

瞬态响应分析中的迁移子结构方法

本文将迁移子结构方法推广应用于结构的瞬态响应分析,提出了一种求解结构动力响应的新算法。文中详细阐述了该法的基本思想,推导了有关的递推公式,编制了计算机程序,并用算例验证了此方法的正确性和有效性。     

交通荷载诱发邻近建筑垂向随机振动数值分析

以无限长Kelvin地基上的Kirchhoff板模拟路面支撑体系,将1/2车辆模型与受振建筑耦合进统一的有限元数值模型.视无限长路面为周期性链式子结构,通过证明有阻尼链式子结构的辛正交特性,建立一个典型路面子结构模型.应用垂向耦合随机振动的二维移动单元格式,在频域内基于虚拟激励法进行数值求解,分析了振源-支撑体系-受振结构统一模型下的垂向动力学响应.数值算例表明:车辆诱发的随机振动给邻近建筑带来显著的加速度响应,避免了人工边界的截断误差,数值方法对复杂随机振动系统有较高的计算效率和精度.     

考虑结构质量未知的非链式结构系统识别方法

目前已发展了许多基于结构振动响应进行结构系统识别的方法,但这些方法大都假定结构质量已知.虽然有部分学者研究涉及到质量未知的结构系统识别,但提出的方法还需要观测结构全部响应,尤其大多数为链式结构识别,对非链式结构研究很少.本文针对这些不足,研究考虑结构质量未知的非链式结构系统的识别,提出基于扩展卡尔曼滤波(EKF)方法,仅需要观测梁结构部分加速度响应,可同时识别结构的位移速度响应状态与未知的结构质量、刚度、阻尼参数.进一步推广了外激励未知情况下的扩展卡尔曼滤波(EKF-UI)方法,融合观测的结构部分加速度与应变响应,同时识别结构的位移速度响应状态与未知的结构质量、刚度和阻尼参数.并分别采用简支梁在已知和未知外激励下结构系统的识别算例,验证提出的两种方法的有效性.     

基于功率谱灵敏度的子结构损伤识别方法

提出功率谱灵敏度与子结构缩聚技术结合的损伤识别方法,在分析响应功率谱对结构单元面积灵敏度的过程中采用差分法,解决了求解参数的偏微分较困难的问题;并将整体结构划分为若干子结构,对未损伤子结构采用Guyan缩聚技术,通过功率谱灵敏度分析的方法对缩聚结构进行损伤识别,该方法只需测量结构的少数几个自由度的响应就可以达到损伤检测的目的.最后,通过1个三层两跨的刚架模型验证了该方法的有效性.     

一种求解结构动力响应的并行解法

利用直接积分法结合子结构技术和网络并行计算的特点,提出了一种求解结构动力应的网络并行解法。该方法在并行形成各子结构的劲度矩阵、质量矩阵,阻尼矩阵及荷载列阵后,并行进行各子结构的静凝聚,然后采用并行子结构预条件共轭梯度法迭代求解结点位移,从而确定结构的动响应。算例表明,随着子结构内点数和时间积分步数的增加,能获得较高的加速比。     

变厚度弹性薄板固有频率计算的有限条-Riccati迁移子结构法

在通常的有限条一迁移子结构法的基础上 ,引入了Riccati变换 ,提出了有限条-Riccati迁移子结构法 ,并对变厚度弹性薄板进行动力分析 .把通常迁移子结构法的两点边值问题转化成两个一点初值问题 ,不但克服了通常有限条 -迁移子结构法可能出现的数值不稳定的缺陷 ,而且有效地节省了计算机内存 ,提高了计算精度和计算效率     

移频技术在子结构低阶主模态截断中的应用

提出固定界面模态综合法中子结构低阶主模态的截断方法.对子结构自由振动微分方程做移频处理,采用包含惯性力影响因素的子结构准静力模态进行坐标变换,降低了子结构低阶主模态对系统中频段模态的贡献,实现了子结构低阶主模态截断.采用该方法分析某白车身有限元模型160～190 Hz的动态响应特性.结果表明:引入移频技术后,相比传统固定界面模态综合法,子结构保留的主模态数量从之前的1 836阶下降至297阶,计算时间减少27.7％,说明该方法能有效提高复杂结构中频段动态响应计算效率.     

饱和多孔介质中外源振动输入方法的研究

通过建立数值模型研究外源振动下结构-地基体系的动力响应时,往往涉及到半无限地基的模拟以及外源振动的输入.常见的外源振动输入方法主要包括波动法、人工边界子结构法和区域缩减方法(DRM)等.文中首先结合FLAC3D和Matlab比较了人工边界子结构法和DRM方法对单相介质波动问题的适用性,发现DRM方法得到的自由场响应与一维精确解一致;进一步将人工边界子结构法和DRM方法推广到饱和多孔介质中,分别提出了将外源振动转化为节点等效力和等效流量的表达式;最后通过垂直入射地震波动作用下弹性半无限饱和地基响应算例比较了两种方法的可行性.结果表明,DRM方法得到的自由场响应与一维精确解完全一致,而人工边界子结构法得到的响应值偏小.     

高耸结构振动的夹层控制及分析方法

提出了在高耸建筑物中设置纵向夹层控制结构地震响应的措施,并给出了分析方法。该方法将夹层隔开的各子结构假设为弯曲振动的梁,子结构间用分布弹簧—阻尼器连接,通过两次振型分解整个结构体系化为n个单自由度体系来分析。最后通过实例进行了参数研究和控制地震响应效果的分析。     

局部非线性系统动力响应的离散时间传递矩阵法

本文推广Ｋｕｍａｒ的方法，提出子结构对接的离散时间传递矩阵法，可求出局部非线性联接刚度轴系的动力响应．该研究对多自由度非线性结构的响应计算提供了有用的思想和方法。     

近断层激励下子结构组合隔震的巨-子结构试验

为解决受限于隔震支座的抗拉能力和结构高宽比限值、隔震技术很少应用在超高层建筑的问题,在新型巨-子结构体系的子结构底部设置由铅芯橡胶隔震支座和弹性滑移支座组成的组合隔震层,设计制作了一个有3个巨型结构层的巨-子结构模型,对其进行了近断层地震动及远场地震动作用下的振动台试验,研究了组合隔震层对主结构和子结构振动的减震效果和近场地震对其影响.研究结果表明,子结构底部设置组合隔震层,对主结构来说相当于调谐质量阻尼器,其对主结构的地震响应具有较好的调谐减震作用;对子结构来说相当于基底隔震,其对子结构的地震响应具有显著的隔震效果.由于脉冲效应,近断层地震动作用下主结构和子结构的地震响应都要大于相同场地的远场地震动.     

基于逆子结构法的振源耦合虚拟传递路径分析方法

针对现有传递路径分析(TPA)方法的局限性,根据基于频响函数的逆子结构法,提出一种振源耦合状态下的虚拟传递路径分析方法,并建立了该方法的具体流程.将这方法用于一个模拟动力总成和车身的有限元模型,通过逆子结构法识别振源耦合状态下的子结构及连接件的动态特性,结合子结构综合法合成系统传递函数,实现路径贡献量分析并找到了对系统响应峰值占主要贡献量的传递路径和影响最大的子结构传递函数,验证了该方法准确可行和工程应用简便的特点.     

基于逆子结构法的振源耦合虚拟传递路径分析

针对现有传递路径分析(TPA)方法的局限性,根据基于频响函数的逆子结构法,提出一种振源耦合状态下的虚拟传递路径分析方法,并建立了该方法的具体流程.将这方法用于一个模拟动力总成和车身的有限元模型,通过逆子结构法识别振源耦合状态下的子结构及连接件的动态特性,结合子结构综合法合成系统传递函数,实现路径贡献量分析并找到了对系统响应峰值占主要贡献量的传递路径和影响最大的子结构传递函数,验证了该方法准确可行和工程应用简便的特点.     

竖向地震作用下桥梁碰撞响应的动态子结构方法

该文研究了竖向地震作用下桥梁结构的碰撞响应问题。考虑多次碰撞和多次分离过程以及桥梁支座的影响,针对多跨连续桥梁建立动态子结构模型,导出了模态坐标表示的碰撞动力学方程,并将动态子结构方法应用于竖向地震作用下桥梁结构的碰撞响应问题。采用Newmark隐式积分法对动力学控制方程进行数值求解,研究了竖向地震作用下桥梁与桥墩的碰撞动力学响应。数值收敛性结果和理论解的对比分析表明,该动态子结构方法具有良好的数值收敛性和较高的计算精度,可有效地分析竖向地震作用下桥梁的碰撞响应。     

大型结构局部非线性问题的数值子结构方法的验证与改进

对超高层建筑、超大跨度桥梁和高速铁路等重大工程进行有限元动力分析时,由于结构的模型非常大,自由度数有数千万,计算成本往往非常高,计算效率比较低.虽然数值子结构方法能较好地解决这类问题,但是仍然存在不足:通过子结构静力分析得到的非线性修正力项不适用于动力子结构问题;且使用不迭代算法的数值子结构方法要求计算步长很小,导致计算时间较长.针对这些问题,本文将非线性修正力计算从子结构静力分析拓展到动力分析问题中,可更精确地考虑子结构的动力效应;另外提出隔离子结构的响应预测修正方法,可增加计算步长,极大地提高计算效率.通过数值算例将改进的数值子结构方法与完整结构的标准解进行对比,验证了此改进方法的精度和计算误差.     

储液罐子结构数值仿真分析

由于有限元仿真需要假设材料性能,难以真实全面的反映储液罐的地震响应;而振动台试验只能完成较小比例的模型试验,与储罐原型差距很大。为此,提出了储液罐子结构振动台试验方法。采用Malhotra力学模型,将储液罐划分为试验子结构(罐底和土体)和数值子结构(储罐和液体)两部分。试验子结构放在地震模拟振动台上进行试验研究,数值子结构部分由计算机进行模拟。仿真计算表明:储液罐子结构仿真结果与全结构的非常吻合,仿真计算的储罐基底剪力与规范算法接近。     

组合结构减震分析

提出一种组合结构减震体系，即在两相邻结构之间用连接件相连，形成一个主、子结构的组合体系．通过时程分析法探讨了主、子结构耦合振动机理，以及连接件位置、刚度对两结构响应的影响．分析结果表明：合理设置连接件能有效地控制组合结构（主要对主结构）的响应．并且，运用最优控制理论对分析结果进行了讨论．     

组合结构减震分析

提出了一种组合结构减震体系，即在两相邻结构之间用连接件相连，形成一个主，子结构的组合体系，通过时程分析法探讨了主，子结构耦合振动机理，以及连接件位置，刚度对两结构响应的影响，分析结果表明，合理设置接件能有效地控制组合结构（主要对主结构）的响应，并且，运用最优控制理论对分析结果进行了讨论。     

弹性连杆机构的时域子结构综合方法

提出了一种弹性连杆机构稳态动力响应的时域子结构综合法。该方法直接在子结构水平上计算弹性连杆机构稳态动力响应,因而能大幅降低机构运动弹性动力学方程求解规模。文中给出的数值算例说明了方法的有效性。