工程场地地震动随机场的物理模型

提出了工程场地地震动随机场的物理模型,并利用实测地震动验证了其正确性.首先,阐释了工程场地地震动场双尺度建模的基本思路;其次,以地震点源模型和均匀各向同性传播介质模型为基础,阐明基岩表面地震波场具有二维球面波场形式,并给出了基岩表面地震波场一般形式;假设工程场地内的地震波为平面波,建立场地滤波模型,获得了工程场地表面地震动场的基本表达式;再次,引入震源、传播途径和局部工程场地的具体物理模型并考虑基本物理参量的随机性,建立了工程场地地震动随机场的物理模型.利用波群叠加方法,对SMART-1台站组记录的强震地震动时程数据进行了样本层面的建模.研究结果表明,本文所发展的地震动随机场物理模型能够反映真实地震动的空间相关性.     

工程地震动的物理随机函数模型

提出了工程地震动的物理随机函数模型,并在样本层次上验证了其正确性.首先对刻画一维地震波场的偏微分方程定解问题给出了解的Fourier谱传递形式;其次对震源、传播途径和局部场地作用分别建立具体的物理模型,获得了以基本物理参数为随机参量的地震动随机函数模型;发展了由随机函数模型生成地震动样本时程的窄带谐波叠加方法;最后对1995年神户大地震的记录加速度时程进行了样本层面的建模.研究表明,地震动物理随机函数模型能较好地反映真实地震动时程的频谱特性和非平稳特性.     

地震动随机场的POD降维表达

本文从本征正交分解(POD)的基本理论出发,推导了非平稳随机向量过程的两类POD表达,即基于正交随机变量的POD表达和基于随机相位角的POD表达.澄清了基于随机相位角的POD表达是基于正交随机变量的POD表达的一个特例,并从基本随机变量的数量和约束条件两个方面剖析了它们之间的差异,发现通过施加约束条件可以有效地降低随机向量过程模拟的随机度(基本随机变量的数量).为此,通过对基于正交随机变量的POD表达施加更强的约束条件,实现了仅用2个基本随机变量即可对非平稳随机向量过程进行高效降维模拟,进而可在全概率信息上精细地表达非平稳随机向量过程.通过对地震动随机场模拟的数值分析,得到了非平稳地震动加速度向量过程的均值、标准差、演变功率谱及相关函数等均与目标值拟合一致的良好结果,说明了本文方法的有效性.同时,为了进一步从地震动的工程特性方面验证本文方法的适用性,根据《中国地震动参数区划图》中划分的5种场地类别,选取920条实测强震动记录,从地震动加速度的反应谱和傅里叶幅值谱两个方面进行了对比分析.研究表明,本文方法模拟结果与实测强震动记录具有很好的一致性,这为本文方法的工程应用奠定了坚实基础.     

非饱和土的非正交弹塑性本构模型

从应变增量大小和方向的角度出发,以有效饱和度和Bishop有效应力作为基本本构变量,呈现了一个非饱和土的非正交弹塑性本构模型建模框架.建模框架采用非正交的塑性流动法则,直接通过屈服函数确定塑性应变增量的方向,避免了构造塑性势函数的困难.基于所提建模框架,利用屈服函数、硬化参数和土水特征曲线的具体表达式,发展得出一个非饱和土的非正交弹塑性本构模型.所提模型通过材料参数μ可以描述具有不同刚度的非饱和土的力学与水力行为.模型所需材料参数均具有明确的物理意义,且可以通过室内试验确定.利用两种经典应力路径(即恒基质吸力的常规三轴剪切路径和恒净应力的吸湿路径)分析了具有不同刚度的非饱和土的力学与水力行为.模型预测结果与非饱和土试验数据的对比验证了所提模型的优越性.     

国家自然科学基金重大研究计划“重大工程的动力灾变”研究进展

重大研究计划“重大工程的动力灾变”瞄准强地震动场和强/台风场及其动力作用下重大工程的损伤演化破坏过程的国际研究前沿, 重点解决两大关键科学问题, 即: (1) 强地震动场和强/台风场的特性与规律; (2) 重大工程动力灾变的过程与机理. 为此重点开展4个方面的研究工作, 包括: (1) 强地震动场和强/台风场的建模与预测; (2) 重大工程动力灾变的关键效应; (3) 重大工程动力灾变的全过程分析; (4) 重大工程动力灾变模拟系统的集成与验证.     

基于零初值的测试加速度积分速度与位移的方法

在地震工程、结构振动控制和结构健康监测等研究领域,结构在振动过程中的位移和速度对科学研究和实际工程应用都具有重要意义.由于技术条件及环境因素限制,测试过程中获得的大多为加速度响应信号,需要通过积分获得速度及位移.但是由于初始条件的缺失,导致了测试加速度信号在积分速度和位移过程中产生明显的漂移现象.为解决此问题,本文利用结构的振动规律,在稳态振动阶段寻找速度和位移的零点,并以此作为初值进行积分,最后利用趋势项处理去除零点确定误差产生的漂移.本文数值模拟了单自由度体系和多自由度体系在简谐振动和地震动作用下的结构振动响应,并比较了计算值与准确值的最大相对误差;最后,将该方法应用于5条具有代表性的真实地震动记录,与给出的地面速度和位移进行比较,结果显示在极值处的最大相对误差均小于3%,表明该方法具有较高的计算精度和实际应用价值.     

国家自然科学基金重大研究计划“重大工程的动力灾变”研究进展

重大研究计划重大工程的动力灾变瞄准强地震动场和强/台风场及其动力作用下重大工程的损伤演化破坏过程的国际研究前沿,重点解决两大关键科学问题,即:(1)强地震动场和强/台风场的特性与规律;(2)重大工程动力灾变的过程与机理.为此重点开展4个方面的研究工作,包括:(1)强地震动场和强/台风场的建模与预测;(2)重大工程动力灾变的关键效应;(3)重大工程动力灾变的全过程分析;(4)重大工程动力灾变模拟系统的集成与验证.     

河底公路隧道地震响应分析

本文结合实际工程,利用ANSYS软件建立三维有限元模型,采用地震时程分析方法对软弱地基下的河底公路隧道抗震性能进行了研究分析,为该类型隧道的设计提供参考依据。     

一种针对不确定性结构的区间鲁棒性优化方法

本文提出一种针对不确定性结构的区间鲁棒性优化方法.首先,采用区间模型度量目标函数和约束函数中的不确定变量和参数.然后引入鲁棒性评价因子来度量目标函数的鲁棒性,并采用区间可能度方法(RPDI)处理不确定约束,进而建立区间鲁棒性优化模型.针对区间鲁棒性优化求解效率较低的问题,提出一种高效的优化方法,该方法将双层嵌套优化问题解耦为区间分析和确定性优化方法序列求解的问题.在每一迭代步,根据在当前设计点下的区间分析结果构建一个等效确定性优化问题,然后通过求解该问题更新设计点.此外,本文还提出一种迭代机制,来提高整个优化过程的收敛速度.最后,给出了三个数值算例和一个工程算例验证本文方法的有效性.     

基于RBF神经网络的烧结终点预测模型

本文提出一种基于径向基函数(RBF)神经网络的烧结终点预测模型.该模型首先采用改进的最近邻聚类算法确定径向基函数中心,接着应用递推最小二乘法训练网络的权值.通过现场采集数据对该模型进行仿真,其实验结果表明,该模型具有较好的学习能力和泛化能力,为烧结终点的预测提供了一种新的解决方法.     

纤维束诱导基体裂纹变形场DGS实验研究

本文主要利用数字梯度敏感方法(DGS)和Eshelby等效夹杂理论研究纤维束与基体裂纹的相互作用机制.首先,利用DGS方法得到了碳纳米管改性纤维束模型、未改性纤维束模型基体裂纹尖端的位移场分布及演化规律,并提取了相应的基体裂纹尖端应力强度因子.其次,利用Eshelby等效夹杂理论分析了碳纳米管改性纤维束模型、未改性纤维束模型的基体裂纹尖端应力强度因子的影响机制.最后,比较了碳纳米管改性纤维束夹杂和未改性纤维束夹杂两种模型中基体裂纹尖端应力强度因子的理论预测结果与DGS实验结果,吻合较好.研究成果为纤维束与基体相互作用机制提供了可靠的实验依据及理论参考.     

鸽群运动模型稳定性及聚集特性分析

鸽群运动模型参数对鸽群一致行为产生不同的稳定性和收敛性影响.本文通过分析鸽群群体运动的动力学模型特性,研究时延参数对群体同步特性的影响作用.基于鸽群运动模型,采用适合分析群体运动的模型描述方法和性能参数表达,并对比了不同运动形态下鸽群运动的不同特点.采用李雅普诺夫函数以及拉格朗日乘子法,对鸽群聚集运动的约束局部极小能量特性进行理论分析.利用李雅普诺夫理论、代数矩阵理论以及图论的相关工具,给出了鸽群运动聚集时的时延参数的稳定参数边界,以及收敛条件.以计算机数字仿真为手段,研究了不同参数情况下鸽群运动模式行为,分析了拓扑网络以及吸引-排斥函数对鸽群聚集-分离性能的影响.     

火炮自动装填系统协调器定位精度可靠性分析

火炮自动装填系统的主要功能是将弹丸和发射药高效、精确、可靠地输送入炮膛,其中火炮协调器是自动装填系统中典型的转运执行机构,需要较高的定位精度来确保弹药以给定的射角准确入膛,准确高效地评估协调器定位精度的可靠性具有重要意义.本文旨在发展一种可有效评估火炮协调器定位精度可靠性的实用分析方法,首先建立含间隙的火炮协调器刚柔耦合动力学模型,并基于前馈神经网络构建其响应的近似模型;在此基础上,利用协调器到位极限状态函数的最大可能失效点处的二阶信息,构造极限状态函数的二次逼近函数;最后,运用二阶鞍点逼近方法评估了火炮协调器定位精度可靠性.工程算例表明,本文提出的方法能够很好地平衡协调器可靠性分析中的精度和效率.同时,协调器定位精度可靠性分析结果表明,间隙以及结构柔性因素对于火炮协调器定位精度具有重要影响,需要在协调器设计时加以考虑和优化.     

DMM:虚拟机的动态内存映射模型

内存虚拟化方法一直是虚拟机管理器设计中最重要的部分.文中提出了VMM进行内存管理的一种机制:虚拟机(VM)的动态内存映射模型,它允许VMM在虚拟机运行时,动态地改变它的物理内存与机器物理内存的映射关系.利用DMM,VMM向上能够方便地实现按需取页、页面交换、Ballooning、内存共享、copy-on-write等虚拟机高级内存管理技术,向下能够兼容多种虚拟化架构.它所提供的一种模块化的分层体系结构,能有效地将上层的内存管理策略和底层的内存虚拟化实现很好地融合起来,为实现特征可调的内存管理提供了可能.文中给出了动态内存映射模型的基本原理,并阐述了利用该模型,实现各种虚拟机内存管理技术的相应机制和步骤.同时,在一个开源的虚拟机管理器(KVM)上实现了动态内存映射机制.测试表明,该机制具有良好的灵活性和可扩展性,能够在充分保证虚拟机访问内存的性能的前提下,实现虚拟机内存的动态管理和调配.     

基于蒙特卡洛法的水分测定仪不确定度评定

针对现有的水分测定仪不确定度评定方法仅能通过质量测量不确定度分析间接评定水分含量不确定度的问题,提出了一种新型的基于蒙特卡洛法的卤素电子水分测定仪不确定度评定方法,基于计量学经验及实验数据设定输入量概率分布函数,利用MATLAB进行蒙特卡洛随机抽样,并以氯化钠标准溶液为样本,对HB-43电子水分测定仪水分测量结果的标准不确定度进行了直接分析与评定。实验证明本文提出的新型评定方法操作简单,可信度性高。     

强风和地震同时发生及对结构的作用研究进展

随着对工程结构可持续发展要求的提高,多灾害作用下的工程结构研究越来越受到学者们和工程师的共同关注.强风和地震作为两种主要灾害荷载,目前仍不确定同时发生是否为偶然事件.为了明确两种灾害同时发生的可能性,本文分别从强风引发地震和地震引起强风两个方面,总结了目前强风和地震能够同时发生的研究现状,从多方面因素搜集了部分地区其同时发生的数据,为强风和地震同时发生这一耦合现象提供了数据支撑,评述了目前强风和地震同时作用下工程结构的相关研究进展.结果表明:(1)强风能够通过影响海浪和地质构造引发微震、慢地震和普通地震,地震能够通过引起大气温度和电磁波变化而引发强风,强风和地震之间存在耦合现象;(2)不同地区强风和地震同时发生的概率区别较大,通过风速曲面拟合,能够更好地满足搜集强风和地震同时发生数据的时间和空间关系;(3)强风和地震同时作用下的工程结构更易出现损伤和破坏,应调整结构设计标准或安装耗能减震装置来提高其性能.因此,仍需要完善强风和地震同时发生的相关数据及其作用机理,综合考虑强风和地震同时作用下对工程结构的影响是今后本领域的重要研究方向.     

热声固耦合问题多参数识别中解的唯一性和算法研究

本文研究了一类热声固多物理场耦合中的初边值识别问题,建立了基于超声回波时间测量的固体结构表面热流和尺寸的多参数同时识别模型.利用热传导方程的极值原理,证明了耦合问题多参数识别中解的唯一性,为超声同时测温测厚等工程应用提供了理论支撑.在数值求解正问题的基础上,将反问题重新表述为由偏微分方程约束的优化问题.将共轭梯度法反演热流和最速下降法反演厚度相结合,发展了多参数识别问题的交替迭代算法,并通过严格的收敛性分析,给出了交替迭代算法的收敛性条件,证明了算法的全局收敛性.最后通过设计数值算例,验证了本算法的可靠性和可行性,并对比了仅识别热流的单参数识别算法,验证了本算法在精度方面的提高.     

青藏高原多年冻土区实际边界浅层土体温度场

在现有冻土理论、热力学原理及流体力学理论等的基础上, 结合青藏高原的气候特征及室内和现场测试资料, 提出了一套考虑风速、辐射和蒸发等多种自然因素及工程外表特征的温度场有限元数值模型与分析方法, 并分析讨论了青藏高原普遍存在的粉质黏土和砾砂土的热物理参数的确定方法. 在此基础上的数值分析表明地表温度是各种外在因素的综合反映, 在工程设计中应该充分考虑各工程场地外在因素的差异性, 对冻土路基的数值分析表明影响路基稳定性的横向热差异问题的本质是边界条件沿路基表面的差异.     

参数不确定情况下结构系统重要性分析

为分析随机变量分布参数的主观不确定性对结构系统安全性能的贡献,建立了分布参数主观不确定性对结构系统功能函数和可靠度指标基于方差的重要性测度模型.通过对功能函数的各阶矩进行一阶泰勒展开,将局部参数灵敏度的计算和重要性测度的计算联系起来,并利用功能函数的各阶矩来近似结构系统的可靠度指标,从而建立主观不确定性参数对功能函数和可靠度指标影响的重要性测度求解方法.通过对数值算例和工程算例的分析,对比说明了文中方法在保证计算精度的条件下具有高效性,同时计算结果也提供了减小结构系统输出响应变异性和提高结构系统可靠性的途径.     

水利水电工程地质三维统一建模方法研究

针对水利水电工程地质的三维建模与分析问题, 提出了面向水利水电工程地质建模的混合数据结构; 以面向对象的分类思想, 基于混合数据结构实现了地形类、地层类、断层类、界限类4类地质对象的拟合构造与几何建模, 并提供可供选择的建模机制, 为解决倒转褶皱、复杂断层等建模难点发展了新的方法; 集成地质对象和人工对象模型, 实现了水利水电工程地质三维统一模型的构建. 基于三维统一模型可进行一系列水利水电工程地质分析应用, 包括岩体质量可视化分级、三维模型任意剖切分析、大坝和地下工程地质分析等, 为分析复杂地质条件下水利水电工程勘测、设计与施工中的地质问题提供了理论基础和技术手段.