基于精细时程积分的结构动力响应降维分析

利用指数矩阵精细算法及状态方程直接积分法,讨论了求解动力响应问题的时程积分方式。通过选择代数精度高的Cotes积分,得出了计算精度非常高的动力响应结果。采用减缩主从自由度的精细时程积分算法对动力方程进行降维积分,通过保留指定的主自由度,删除其余的自由度来减小质量阵、阻尼阵和刚度阵的维数,既降低了指数矩阵的维数又保持了必要的计算精度,使指数矩阵分解所需时间大为降低。数值算例表明所给方法在保障求解精度的前提下具有很高的求解效率。     

车桥耦合系统动力响应的精细时程分析

为了研究车桥耦合系统的动力响应,首先将普通精细时程积分法进行改进;即将车辆荷载和车辆惯性力以"渐进"的方式加载到整个系统上。然后通过数值实例,编写MATLABT通用计算程序求解,得到运用改进时程法在积分步长较大情况下能得到较精确的结果。最后对计算精度和计算时间进行研究,得到积分步长对计算时间影响较大,积分间隔对计算精度的影响较大,所以在使用改进的精细积分计算式一般选取较大的积分步长和较小的积分间隔。     

车桥耦合系统动力响应的精细时分析

为了研究车桥耦合系统的动力响应,本文首先将普通精细时程积分法进行改,即将车辆荷载和车辆惯性力以“渐进”的方式加载到整个系统上。然后通过数值实例,编写MATLABT通用计算程序求解,得到运用改进时程法在积分步长较大情况下能得到较精确的结果,最后对计算精度和计算时间进行研究,得到积分步长对计算时间影响较大,积分间隔对计算精度的影响较大,所以在使用改进的精细积分计算式一般选取较大的积分步长和较小的积分间隔。     

参数随机结构的动态响应分析

针对精细时程积分法在大型结构地震响应中的分析,提出了扩阶方法以及状态方程精细时程积分法的结合,编制了程序;用该方法对高层框架结构受地震荷载作用下的响应进行了计算,计算结果表明,考虑参数随机对框架结构动态响应有显著影响;计算结果同Monte-Carlo法的结果进行了比较,前者计算效率较高,适用于工程计算.图9,参8.     

复杂结构局部非线性地震反应精细时程分析

对于大型复杂结构局部非线性地震反应,采用精细时程积分法计算其动力响应,充分利用结构只有局部单元构件进入非线性的特点,提出一种较通用的运动方程建立方法,并在结构的初始线性振型上进行分析计算,极大提高了求解效率,并具有很好的精度。     

荷载随机框架结构的动态响应分析

针对精细时程积分法在大型结构地震响应中的分析,提出了扩阶方法以及状态方程精细时程积分法的结合,编制了迭代程序;用此方法对上海地区高层框架结构进行了计算,计算结果表明：考虑荷载随机对框架结构动态响应有显著影响,耦合方法计算效率和精度较高,适用于工程计算．     

大跨拱形结构等效静力风荷载

基于计算流体动力学(CFD)方法和有限元动力时程分析法,数值模拟脉动风特性,获取脉动风速时程,以此作为数值风洞模拟的入口边界条件.运用FLUENT软件对大跨拱形结构进行脉动风作用下结构的非稳态分析,得到作用于结构的时程风压荷载;运用ANSYS分析软件进行结构的风振响应计算,分析获得了基于结构风振响应时程的等效静力风荷载.提出多目标等效静力风荷载加权组合系数的定义,计算获得了大跨拱形结构的多目标等效静力风荷载,并验证了其计算精度.研究结果表明,在基于该方法所得等效静力风荷载作用下,结构静力响应计算结果与风振动力时程响应极值吻合.     

结构动力响应的精细时程积分并行算法

大型结构动力响应问题采用传统的时间步长直接积分方法求解是非常耗时的,因此发展相应的并行计算方法成为必然．传统的直接积分方法是极度串行而不适于并行计算,而精细时程积分方法可以使用大步长单步计算出求解区间任意时间点的响应值,为并行计算提供了极大的可能性．结构动力响应方程通过变量变换可以转化为一阶线性常微分方程,该方程组的解由表示初值影响的齐次方程解和反映荷载作用的积分之和组成．其中第一项用矩阵指数函数计算;第二项在文中采用精细时程积分傅里叶展开方法计算（设计了３种相应的并行算法）,并在ＴＲＡＮＳＰＵＴＥＲ并行机上实现．结果表明,３种ＨＰＤ－Ｆ并行算法有很高的加速比和并行效率．     

流固耦合系统动力响应分析的精细时程积分法

通过对结构与理想流体耦合问题的分析 ,利用有限元方法对流固耦合系统动力响应进行了研究 .采用精细时程积分法、威尔逊θ法和纽马克法进行计算 .算例表明 ,精细时程积分方法具有精度高、不受时间步长的严格限制和计算工作量小等优点 ,适合于流固耦合系统的动力响应分析     

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%.     

变截面连续梁动力特性的半解析解法

基于Bernoulli-Euler梁理论,分析了多跨变截面连续梁的动力特性.应用模态摄动基本原理,利用等截面连续梁的模态,将变截面连续梁微分方程的求解转化为代数方程组求解.该方法对于梁的截面函数的连续性要求较少,既适用于截面变化为阶跃形式的梁,也适用于截面函数连续的梁.通过算例分析表明,这一方法可有效地简化计算,同时计算结果具有较高的精度.     

移动质量作用下桥梁响应的精细积分

高效地计算移动质量过桥问题是解决车桥振动分析、优化、控制等一系列问题的基础.针对常规的数值方法(例如Newmark方法)在求解上述问题时存在的缺陷提出了3种精细积分格式.它们在每一个时间步内不但允许移动质量空间的连续移动,而且比较真实地模拟了由路面不平和桥梁竖向位移所产生的移动质量惯性力.与Newmark方法计算结果的比较表明,灵活地应用不同形式的精细积分格式可以使这类基本问题的分析精度和计算效率有很大的提高.     

基于Newmark法的一种新精细直接积分法

将Newmark法中常平均加速度法的基本假定引入结构动力微分方程中,运用指数矩阵的精细运算技巧和精度较高的柯特斯积分格式逐步积分,形成新精细直接积分法。与精细时程积分法相比,文中方法在将二阶微分方程降为一阶时,方程的数量没有增加,其迭代公式明显。文中对该方法的稳定性进行分析。结果表明该方法虽是条件稳定的,但其稳定性条件非常容易满足。数值例题显示了本文新精细直接积分法的精度。     

结构动力方程的精细时程积分法

对线性定常结构动力系统提供了精细时程积分法。它的解在积分点处，在数值上逼近于精确解的数值结果。数值例题验证了方法高度精确的特点。     

求解电磁波在层状有耗介质中反射和透射的精细积分方法

层状体系分界面处,电场与磁场的水平分量连续,为了便于匹配分界面处的边界条件,将频域麦克斯韦方程化为只含有电场与磁场水平分量的一阶常微分方程形式.采用基于两端边值问题的精细积分方法,分析了电磁波在层状有耗介质中的反射与透射问题.把控制方程按边值问题求解,可以避免在运算过程中出现指数矩阵相乘的大数溢出问题.将数值计算结果与广义传播矩阵方法加以对比,结果显示,精细积分方法具有更好的精度和数值稳定性.     

混凝土连续梁桥的动态性能测试分析

讨论了在多跨的混凝土连续梁桥成桥以后的动态性能测试中 ,使用各单跨分批检测的方法 ,以少量的传感器完成多跨连续梁的大量测点样本的采集工作 ,测出结构的自振频率及相应的振型。并以一实桥为例 ,应用连续梁结构分析方法 ,求得桥梁的振动理论值。检测值与理论计算值相比较 ,误差甚小 ,说明该方法具有实际的使用意义     

基于固端弯矩相等原则的等效荷载法

为提高工程结构力学分析的效率,提出了一种基于固端弯矩相等原则的计算方法。首先,基于固端弯矩相等的原则,研究在对称集中荷载和三角形分布荷载作用下单跨超静定梁的等效荷载施加方法,并导出梁在非常规荷载作用下固端弯矩的实用计算公式。然后,将超静定单跨梁的荷载形式推广至更任意的集中荷载和分布荷载等情况,并探讨了任意多集中荷载作用下单跨超静定梁的等效荷载施加方法和通用计算公式。最后,通过多跨连续梁和框架结构算例验证了所提方法具有较好的计算效果。算例结果表明,基于提出的等效荷载法可快速得到单跨超静定梁的固端弯矩,从而可高效准确地确定结构的真实内力分布。研究成果表明了利用等效荷载实现高效求解的可行性,它为力矩分配法及其它力学分析问题提供了一条高效便捷的思路。     

考虑畸变时薄壁箱梁受扭分析的精细积分法

在广义坐标法的假定下,导出考虑畸变时薄壁箱形截面梁受扭分析的拉格朗日方程和哈密顿对偶求解体系,用精细积分法求该体系的高精度数值解。计算结果表明该方法精度高、计算简单、适用性强,可方便用于薄壁杆件结构的计算。     

多联连续梁桥横桥向多模态推倒分析方法

研究多联连续梁桥横桥向的多模态推倒分析(MPA)方法,用于初步设计阶段的抗震性能评估,并进一步对比分析了Luca折线简化方法与FEMA 356中折线简化方法应用于多模态推倒分析方法中的效果.以某三联主线桥为研究对象,进行多模态推倒分析和非线性动力时程分析.结果表明:多模态推倒分析方法可以对多联连续梁桥的抗震性能做出有效评估,Luca折线简化方法与FEMA 356中的折线简化方法相比优越性不明显.