结构动力抗震可靠度理论的研究进展

从状态变量模型、基本变量模型和实用简化模型3个方面,对结构动力抗震可靠度理论的研究进展系统地进行了总结与评述.针对状态变量模型,结合随机振动理论,将随机振动分析方法分为两类:第1类是面向数字特征的方法,主要解决结构的随机反应从基本随机变量空间到状态变量空间的统计矩演化问题;第2类是面向概率密度的方法,主要解决结构的随机反应从基本随机变量空间到状态变量空间的概率密度演化问题.分别评述了两类方法中的代表性方法:等价线性化方法和概率密度演化方法.针对基本变量模型,分别总结了考虑系统参数随机性的结构动力抗震可靠度分析方法,以及将动力可靠度问题转化为静力可靠度问题的理论和方法,对近年来提出的尾部等效线性化方法、子集模拟法、等价极值法等进行了对比分析.针对实用简化模型,总结评述了3种方法:基于随机地震动模拟-确定性时程分析的直接方法、基于一致危险性反应谱和等效非线性体系的简化方法、基于可靠度简化解析表达式与数值模拟的半解析方法.最后,对新近提出的结构整体抗震可靠度理论及其存在的问题进行了归纳分析,并从地震作用的输入模型、主要失效模式的搜索、结构的破坏准则、结构失效模式的多重性、结构的整体极限状态方程等方面给出了研究建议.      

随机结构参数车辆在随机激励下的振动响应

为分析随机结构参数对车辆系统随机振动响应的影响,通过1/4车辆模型,研究了具有随机结构参数的非线性车辆系统在随机过程激励下的振动响应.将簧上质量、簧下质量、悬挂阻尼、悬挂刚度以及轮胎刚度均视为随机变量,考虑轮胎与车身之间弹簧的非线性,将路面不平整引起的对车辆的激励作为平稳白噪声过程建立系统的动力性方程,采用能量差法对非线性车辆系统进行等效线性化处理;通过求解李雅普诺夫方程,获得平稳随机振动响应协方差矩阵,并通过多次迭代求得稳定的等效线性车辆系统参数.算例计算结果表明:能量差法计算位移的相对误差为6.841 5%,而方程差法的相对误差为8.150 5%;用此方法计算随机响应的方差值仅用了0.8 s,而用Monte Carlo法模拟1 000次耗时70 min.      

考虑轨道不平顺降维模拟的车-轨-桥系统竖向随机振动研究

基于概率密度演化理论(PDEM)开展了车-轨-桥系统竖向随机振动研究。结合正交随机函数思想和数论选点理论,提出了轨道不平顺代表样本的降维模拟方法,通过2个基本随机变量实现了概率密度层次上随机激励代表样本的模拟;基于PDEM建立了车-轨-桥系统竖向随机振动方程,并进行了算例验证;探讨了车速对简支梁桥和CRH3、CRH2和ICE3三种车辆随机振动响应的影响。结果表明：受车桥共振影响,桥梁中跨跨中竖向位移的均值和标准差在车速425 km/h时均出现了最大波峰;桥梁跨中竖向加速度均值和标准差基本呈现随车速的增大而增大变化趋势;当轨道不平顺激励主频接近车辆竖向一阶自振频率时,车体的竖向位移响应最为显著;车速越大,轨道随机不平顺对车体竖向加速度响应的贡献越大。     

基于Monte Carlo法的山区路网应急中心选址

阐述了灾时山区路网各路段组成单元通行概率的分析方法,采用Monte Carlo模拟法对山区路网连通可靠度进行分析和计算,并通过概率解析法来检验Monte Carlo模拟法的计算精度.采用Monte Carlo模拟法分析路网节点间连通可靠度,提出了灾时山区路网应急救护中心优化选址方法.最后,通过实例阐述其计算过程.结果表...     

外激励作用下亚音速二维粘弹性壁板系统的混沌运动

为了研究壁板在亚音速气流和外激扰联合作用下的非线性运动特性,基于Hamilton原理,建立了外激励作用下亚音速粘弹性壁板的非线性运动方程,并采用Galerkin方法将其离散为常微分方程组,研究了系统的平衡点及其稳定性.利用Melnikov方法得到了壁板出现混沌运动时系统参数所满足的临界条件,分析了外激励幅值、频率及气流来流速度之间的临界关系,并与系统混沌运动的数值模拟结果进行了对比.结果表明:当无量纲动压值超过64.42时,壁板系统平衡点的个数及其稳定性均会发生改变;使用Melnikov方法确定的混沌运动临界参数与数值模拟结果相符,该方法可用于判定混沌运动是否发生.      

基于Monte Carlo法的山区路网应急中心选址

阐述了灾时山区路网各路段组成单元通行概率的分析方法,采用Monte Carlo模拟法对山区路网连通可靠度进行分析和计算,并通过概率解析法来检验Monte Carlo模拟法的计算精度。采用Monte Carlo模拟法分析路网节点间连通可靠度,提出了灾时山区路网应急救护中心优化选址方法。最后,通过实例阐述其计算过程。结果表明:采用Monte Carlo模拟法分析山区路网交通节点间的连通可靠度,找出灾时山区路网连通薄弱环节,为山区应急救护中心优化选址提供依据。     

超低频接收信号降噪研究

在建立超低频接收信号模型的基础上,对超低频接收信号误码率性能进行了分析。将小波降噪算法应用于超低频噪声处理中,通过Monte Carlo计算机仿真试验,对基于小波降噪和传统数字滤波的方法对模拟的超低频接收信号进行噪声处理,并对降噪后的误码率性能进行分析,结果表明,应用小波降噪的方法对超低频接收信号进行非线性噪声处理,比传统数字滤波的方法能带来更高的信噪比增益。     

超低频接收信号降噪研究

在建立超低频接收信号模型的基础上,对超低频接收信号误码率性能进行了分析。将小波降噪算法应用于超低频噪声处理中,通过Monte Carlo计算机仿真试验,对基于小波降噪和传统数字滤波的方法对模拟的超低频接收信号进行噪声处理,并对降噪后的误码率性能进行分析,结果表明,应用小波降噪的方法对超低频接收信号进行非线性噪声处理,比传统数字滤波的方法能带来更高的信噪比增益。     

建立雷达杂波概率密度函数统计模型的一种新方法

提出了一种核估计与Ｌｅｇｅｎｄｒｅ正交多项式相结合的新的概率密度估计，推导出Ｌｅｇｅｎｄｒｅ多项式再现概率密度函数的方法，并用模拟Ｗｅｉｂｕｌｌ分布随机数和实际雷达杂波数据加以验证，证明这是一种较好的非参数估计方法。     

金属再结晶Monte Carlo Potts模拟新模型

基于金属再结晶理论和实验基础,对现有再结晶Monte Carlo Potts模型中形核模型、储存能分布描述、结点再取向转换概率公式进行改进,建立了二维再结晶Monte Carlo Potts模型,并将之应用于高纯铝冷轧后等温再结晶退火过程模拟。结果表明,新模型有效地模拟了再结晶非均匀形核、新晶粒生长等微观组织演变过程,模拟的形核顺序、形核率曲线与再结晶理论、实验结果一致,再结晶动力学曲线与JAMK理论一致,Avrami指数nav小于理论预测值2,与实验结果一致。     

不同分布随机参数结构非线性地震反应的概率密度演化

为了准确把握实际工程结构在地震作用下的整体性能,需要合理考虑结构参数的随机性.本文采用概率密度演化理论,结合以广义F-偏差最小化为准则的点集优选策略,实现了含有数十个随机参数的多自由度结构非线性随机反应分析.在此基础上,重点考察了基本随机参数的不同分布类型和不同变异系数对结构非线性反应特性的影响.研究表明,由于结构随机参数不同分布类型的影响,结构反应的二阶矩差异可达30%;当基本变量变异系数很小和很大时,不同分布类型对二阶矩的影响程度均较大但影响趋势相反,因而存在结构反应二阶矩对不同分布类型不敏感的变异系数值域.随机参数的分布类型对结构反应的概率密度函数影响显著,甚至可能导致定性性质的改变.      

非线性随机振动的加权线性化方法

本文针对一般统计线性化方法的残差最小化未涉及响应及其极值分步的不足，从响应量加权的原理出发，给出了非线性随机振动系统的一种加权线性化列式，从中可以导出几种具有相当精度的加权线性化方法。对几个典型的单自由度非线性随机振动系统进行了均方响应分析，结果表明，本文所建议的加权列式更接近于精确解，是一种更有效的计算方法。     

考虑行人同步率的随机行走人群模型

为了研究行走人群协同性对结构人致振动的影响，基于考虑行人同步率的随机行走人群模型，对人群行走下人行天桥的竖向振动问题就行了分析. 首先通过行走人群随机性分析，提出了考虑行人同步率的随机行走人群集中模型和离散模型；其次在两类模型下考虑人-结构竖向耦合作用，建立了随机行走人群作用下结构竖向振动响应分析方法；最后对比分析了人行天桥在不同随机行走人群模型下的竖向加速度响应和动力特性参数的变化规律. 研究结果表明:两类模型行人行走下，人行天桥的1 s均方根加速度响应随人群密度的提高先增大后减小；人群密度超过0.2人/m2后，随机行走人群离散模型下的人行天桥1 s均方根加速度大于集中模型，且增大集中模型同步区行人间距有利于减小结构振动响应；随着人群密度的增大，人行天桥瞬时频率不断减小，瞬时阻尼比则先增大后减小，集中模型和离散模型下人行天桥瞬时阻尼比分别最大提高到6倍和7倍；考虑行人同步率的随机行走人群模型能准确反映人行天桥实际所受到的人群行走荷载作用，可为人行天桥人致振动响应分析与评估提供参考.      

Fault diagnosis for singular stochastic systems

This paper studies the fault diagnosis of singular stochastic systems. The probability distribution of output is measured by probability density functions (PDFs), which are modeled by a square root B-spline expansion. An adaptive nonlinear observer is proposed to estimate the size of the fault occurring in systems. Furthermore, the linear matrix inequality (LMI) approach is applied to establish sufficient conditions for the existence of the observer. Finally, the simulation results are given to indicate the method for diagnosing the fault.     

Technique of Probability Density Function Shape Control for Nonlinear Stochastic Systems

The shape control of probability density function(PDF) of the system state is an important topic in stochastic systems. In this paper, we propose a control technique for PDF shape of the state variable in nonlinear stochastic systems. Firstly, we derive and prove the form of the controller by investigating the Fokker-PlanckKolmogorov(FPK) equation arising from the stochastic system. Secondly, an approach for getting approximate solution of the FPK equation is provided. A special function including some parameters is taken as the approximate stationary solution of the FPK equation. We use nonlinear least square method to solve the parameters in the function, and capture the approximate solution of the FPK equation. Substituting the approximate solution into the form of the controller, we can acquire the PDF shape controller. Lastly, some example simulations are conducted to verify the algorithm.     

基于首次穿越破坏的TMD体系频域可靠性分析

为了研究可靠度的频域特性及TMD(tuned mass damper)体系减震特性,基于首次穿越破坏准则,推导了结构在随机激励下关于谱矩截止频率的概率分布计算公式,采用向前差分方法求解关于频域的概率密度,利用概率分布计算公式分析了TMD结构体系可靠度的频域概率信息.结果表明:可靠度的频域概率密度为负值,且随着频带变宽频域可靠度趋近于直接按照首次穿越破坏准则的计算值;结构无控时前两阶频率处的可靠度下降比例为59.23%和35.45%, TMD结构体系的相应比例为34.54%和55.92%,从频域可靠度的角度表明了TMD结构体系主要控制一阶振型,并体现了减震的可靠性.      

A simplified calculation method for non-stationary random seismic response of jacket platform

Jacket platform was simulated by non-uniform cantilever beam subjected to axial loading. Based on the Hamilton theory, the equation of bending motion was developed and solved by the classical Ritz method combined with the pseudo-excitation method (PEM) for non-stationary random response with non-classical damping. Usually, random response of this continuous structure is obtained by orthogonality of modes and some normal modes of the structure are needed, causing inconvenience in the analysis of the non-uniform beam whose normal modes are not easy to be obtained. However, if the PEM is extended to calculate random respouse by combining it with the classical Ritz method, the responses of non-uniform beam, such as auto-power spectral density (PSD) function, croes-PSD and higher spectral moments can be solved directly avoiding the calculation of normal modes. The numerical results show that the present method is effective and useful in aseismic design of platforms.     

Nonlinear Dynamic Analysis of Three Dimensional Flexible Multibody Systems

The nonlinear dynamic problems of three dimensional flexible multibody systems are investigated. The elastic deformation fields of flexible space beams are decomposed into axial deformation and bending deformation, and described by each exact vibration modes in the body coordinate systems. The constrainted nonlinear dynamic equations are derived by using Lagrange multiplier method. A numerical procedure for solving the resulting differential algebraic equations is presented based on Newmark direct integration method combined with the modified Newton-Raphson iterative method. Numerical results verify the effectiveness of the proposed method.