基于混合方法的随机板-梁结构动力响应特性数值研究

依据有限元统计分析方法的基本理论,构建了具有随机性的板-梁结构FE模型.采用蒙特卡洛FE方法计算模型的总体平均响应.同时,采用混合方法构建结构的FE-SEA混合模型,计算组合结构中各子结构的动力响应.并将混合法计算的响应结果与蒙特卡洛有限元法计算的总体平均响应结果做对比.结果表明:FE-SEA混合方法改变了FE法对模型大量节点自由度的需要,减小了模型尺寸,降低计算量,提高了随机结构动力响应的计算精度.这为实际工程应用提供了一种准确、高效且更符合实际结构响应的分析方法.     

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.     

竖向混合结构阻尼矩阵近似解耦计算的误差分析

将竖向混合结构等效成两自由度结构模型,对该两自由度模型进行不同子结构参数取值下的近似解耦计算,分析其模态阻尼矩阵对角占优程度和近似解耦计算结构响应误差情况。研究结果表明:在不同子结构特性下,模态阻尼矩阵对角占优指数和位移误差指数的衰退特征具有相似性。因此在竖向混合结构动力分析时,可以采用对角占优指数来判定采用近似解耦计算的可行性。     

模态综合法在结构动力修改中应用

模态综合法在大型复杂结构动力分析中有着广泛的应用,它能有效地减少结构的计算自由度.结构动力修改作为结构动态设计,简化设计分析过程,在工程中越来越受到重视.本文针对大型结构动力修改的复杂性,应用模态综合技术来缩减结构的自由度.为简化计算,在模态坐标模型中进行动力修改,提出结构动力修改的子结构方法,结合结构物理参数灵敏度分析,为工程结构动态设计的重分析、再设计提供一有效的实用方法.     

地源热泵型地下连续墙内埋管换热器优化设计

根据地下连续墙内埋管换热器传热模型及埋管内流体温度场提出了地下连续墙内埋管换热器换热能力和出水温度的计算方法,并基于正交分析给出了上部建筑负荷最大时地下换热器的换热量及出水温度最高值的回归公式.在此基础上,根据出水温度最高值、单组埋管长度以及地下连续墙单幅宽度等限制条件提出了地下连续墙内埋管换热器的优化设计方法,并以上海自然博物馆地下连续墙内埋管为例进行了计算.分析表明,该优化设计方法计算简便,容易为工程设计人员所接受.     

含超单元连接子结构的自由界面模态综合法

根据模态综合法中连接子结构的定义,认为连接子结构实际上是一种将全部界面坐标作为主自由度的超单元.在此基础上,分别利用静力变换和动力变换将连接子结构变换成超单元,推导了界面位移和界面力双协调条件下的自由界面模态综合法(超单元间接法).该法保留了自由界面法的可大大缩减系统自由度、精度高的优点,并且由于引入了超单元连接子结构,可合理近似集中阻尼,在局部非线性结构动力分析问题中亦具有广泛应用前景.最后,将超单元间接法应用于自动化码头桁架桥结构的固有频率和地震反应计算,将铅芯橡胶支座视为超单元连接子结构,分析了静力变换和动力变换超单元间接法的计算精度和效率,并得到了在铅芯橡胶支座不同配置形式下桁架桥的固有特性.     

基于信息熵的动力模型缩聚中主自由度优化选择研究

采用信息熵来定量表征待识别结构建模参数识别结果的不确定性。基于贝叶斯统计系统识别方法,以结构建模参数识别结果的不确定性最小为优化准则,极大化结构建模参数的后验概率密度函数,在给定主自由度数目的前提下,以主自由度组合为优化变量,将主自由度选取问题转换为非线性约束优化问题,优化结果即为选取的最优主自由度组合。将结构平动自由度看作主自由度,将扭转自由度看作副自由度,采用动力模型缩聚方法通过一个典型的空间桁架桥结构模型的数值仿真研究和实验验证,对主自由度优化选取方法的正确性和有效性进行了验证。     

连接子结构法及其在沸腾冷却床动力分析中的应用

采用连接子结构法计算120T/H沸腾冷却床结构的动力学特性,将整结构分成3个子结构,中间连接件部分取作连接子结构,利用位移及力的双协调条件,综合得到了整体结构动力学方程,求得了其前5阶固有频率及振型,并与ANSYS程序的计算结果进行了比较,二者吻合良好.为了验证计算模型及计算方法的合理性及可靠性,设计了冷却床实验模型,并对实验模型进行了理论计算,通过对比实验结果及理论计算结果,证实理论计算模型及方法合理可靠.与ANSYS方法相比,所提出的连接子结构法大大降低了系统自由度,提高了计算效率.通过对沸腾冷却床的振型分析,找出了设计中存在的缺陷,从而可为产品改进设计提供理论依据.     

多层框架结构远程协同拟动力试验方法研究

针对国际土木结构试验的网络化发展的趋势,研究了多层剪切型结构模型的远程协同拟动力试验方法,建立了任意选取层子结构时整体结构的动力方程,通过分析三层房屋结构不同的子结构选取方式来研究试验子结构边界条件的模拟.为了验证该试验方法,进行了四层框架结构的远程控制拟动力试验.通过两种不同的子结构选取方式进行对比分析,试验结果表明,本文提出的试验方法是可行的,也为异地不同的实验室之间同时进行数个子结构的多层房屋结构的远程协同拟动力试验提供了可能.     

无支撑基坑变形特性的三维有限元分析

建立三维有限元模型对采用格型地下连续墙和高桩梁板地下连续墙围护结构的船坞基坑进行分析,计算中假定土体为横观各向同性体,考虑土与结构的共同作用以及土体分区开挖.通过分析实测数据和计算结果,研究了无支撑船坞基坑开挖过程中格型地下连续墙和高桩梁板地下连续墙的变形特性.计算结果表明,船坞基坑围护结构的变形性状受其结构形式以及施工工况的影响,基坑内部桩基对船坞基坑围护结构变形影响较大,船坞基坑的开挖对临近基坑的影响很小.     

设备-高层结构-地基土体系交互计算方法

提出了模拟设备-高层结构-地基土体系振动台实时子结构试验的数值交互计算方法,并且结合地基土在强震作用下并非全部进入非线性的特点,认为可尝试将具有局部非线性特点的地基土模型作为数值子结构、设备-高层结构体系作为试验子结构,从而在振动台实时子结构试验中考虑地基土非线性特性影响。采用分支模态子结构法与线性-非线性混合约束模态子结构法推导了设备-高层结构-局部非线性地基土体系的运动方程。选用一幢13层钢框架设备-高层结构-地基土体系模型作为分析实例,采用MATLAB与ANSYS分别建立设备-高层结构体系与局部非线性地基土计算模型,两者之间进行数值交互计算,发现土-结构相互作用与设备的频率变化对设备与结构的地震反应有重要的影响。     

复杂工况下土-结构体系的混合约束模态法

基于动态子结构法的原理,提出了线性-非线性混合约束模态综合法,对复杂工况下的二维地基土-箱型基础-上部剪力墙结构相互作用的非线性动力问题进行分析研究。复杂工况包含了一致黏弹性边界问题和基础与周边土体的高度非线性接触问题。依据土-结构相互作用体系存在局部非线性的特性,将体系划分为若干个线性和非线性子结构。在动力时程分析中对所有非线性子结构利用自编二次开发程序逐步提取等效特性矩阵,再与经势能判据截断准则减缩过的其他线性子结构组合后进行模态综合处理,推导出含有接触关系的子结构方程与含有一致黏弹性边界的子结构方程,最后形成复杂工况下含有各个子结构的模态综合方程。分析结果表明,混合约束模态综合法与ANSYS直接计算法求得的位移、速度、加速度、水平剪力、弯矩、层间位移角动态响应时程曲线吻合良好,证明线性-非线性混合约束模态综合法是求解复杂工况下的土-结构动力相互作用问题的有效可行方法。     

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.     

考虑反演及桩土相互作用的拟动力试验方法

考虑桩-土-结构相互作用,建立整个结构体系试验模型,在土槽试验室模拟框架结构在地震作用下的反应.在考虑桩-土相互作用的拟动力试验中,由于下部结构的不可控性和土体的不确定性,提出采用反演分析识别下部结构的动力反应,试验中通过传感器有效获取下部结构状态信息,利用这些测试信息作为反演分析的基础数据,确定桩-土工作状态,运用子结构的概念完成整个结构体系的拟动力试验.以某框架为例,采用考虑反演分析的试验方法、等效线性化方法以及刚性地基假设方法,探讨地震作用下结构反应的不同.试验及模拟分析表明,地震作用下,土体较早地进入了塑性阶段,结合反演分析的该试验方法能更好地模拟包括桩土在内的整个体系在地震下的反应.考虑反演分析试验方法的结构顶端位移最大,等效线性化方法次之,刚性地基假设最小;考虑反演分析试验方法的层间位移角和层间剪力最小,固定基础假设最大.     

频率相关域的桩基-结构竖向-水平振动特性分析

导出了一种可考虑土的分层以及桩顶轴向力参与作用的计算土介质中群桩动力相互作用因子的方法,进一步增强了S-R简化模型的应用效能.利用子结构理论,可计算任意构型、桩数、土层属性下的群桩结构系统动力反应,其计算工作量较小,便于工程应用.通过一桥梁墩基结构的地震反应分析表明:考虑竖向振动附加影响的水平激振作用会产生相当的附加变位,致使水平群桩阻抗效应减少;同时桩间动力相互作用影响也较单一水平力作用时有明显规律性的增强;桩土子结构的柔性参与在一定程度上可降低体系水平动力反应.     

结构与地基动力相互作用的解析分析

利用简化的位于弹性半空间上的基础上和上部分结构模，采用子结构法，结合波函数展开法，对地震引起的上、下部动力相互作用进行理论分析，在分析中得到仅含少量的参数的解析闭合解。利用该解的数值计算结果，获得上、下部动力相互作用规律的部分认识。这些认识具有理论和工程实际意义。     

材料非线性结构的动态子结构法

将Ｂ－Ｈ模态综合法推广到材料非线性体系中,采用子结构凝聚求解非线性动力体系的振动响应,方法简捷,求解体积小,是分析非线性动力问题的一种有效方法,算例表明,该方法运行时间比常规有限元法短,结果可靠。     

基于位移反应谱的连续梁桥抗震设计简化方法

根据连续梁桥的实际受力特点,建立了考虑下部结构非线性响应与上部结构共同作用的简化计算模型通过延性性能分析得到桥墩的非线性动力特性,采用等价线性化给出其等效动力参数,采用根据规范（ＪＴＪ００４－８９）建立的变阻尼位移反应谱,通过迭代求解全桥结构的设计地震响应,算例分析表明,提出的方法简单实用,并且具有相当精度。     

子结构法在液压均衡系统特性研究中的应用

由于利用一般的结构分析方法分析液压系统动态特性比较困难，通过推导液压系统广义结构方程，提出了利用动态子结构法求解液压均衡系统在升船机之一大型复杂结构中的动态响应，实现液压均衡子系统与其他子系统动态耦合，进行综合分析。计算机仿真结果表明，采用液压均衡系统后，达到了均衡钢丝绳受力的作用。     

冲击荷载下大型结构时程响应分析的逐步缩减动刚度综合法

本文将缩减动刚度综合法与逐步积分法相结合,提出了一种分析大型复杂结构瞬态响应的动力子结构方法。该方法的主要特点是总运算工作量少,计算速度快。文末给出的算例验证了此方法的可靠性和有效性,其精度亦较高。