基于直接模态摄动法的无阻尼线性随机结构的随机振动研究(Ⅱ)——随机动力反应分析

提出了基于数论选点的直接模态摄动法,用以求解无阻尼线性随机结构的随机动力反应.以数论选点的直接模态摄动法为基础,求出随机样本的特征值和特征向量,然后利用模态叠加法,求解样本结构在样本荷载作用下的动力反应,把所有的样本反应统计分析,即求得结构的随机反应.由于在计算过程中,没有将随机反应分解为均值部分和摄动部分,因此,采用直接模态摄动法求无阻尼复合随机振动系统的反应不存在久期项问题.算例分析表明,复合随机振动系统的随机反应均值比均值荷载作用下均值结构的确定性反应要小.     

基于共轭梯度法的蒙特卡洛随机有限元方法

将共轭梯度法引入蒙特卡洛随机有限元法，建立基于多项式预处理共轭梯度法的蒙特卡洛随机有限元方法。求解某一特征样本，对于其余样本，采用把特征样本作为预处理阵的多项式预处理共轭梯度法。将该方法与基于Neumann法的随机有限元方法作比较，从理论上证明了Neumann法是基于多项式预处理共轭梯度随机有限元方法的一个退化算法。最后算例比较也验证了该方法有更高的求解效率。     

基于弹性模量缩减法的随机极限承载力分析

为确定工程结构的随机极限承载力,结合弹性模量调整策略和摄动随机有限元法,提出一种基于弹性模量缩减法的随机极限承载力分析方法.首先利用摄动随机有限元法计算结构的随机响应量和单元可靠指标,并定义单元可靠指标均匀度和基准可靠指标,进而论证随机极限分析的比例加载条件及随机响应量的比例关系;然后通过有策略地缩减低可靠度单元的弹性模量,以模拟结构的失效演化历程,形成一系列静力容许应力场,进而根据塑性极限分析理论确定结构的失效模式及其对应的随机极限承载力.算例分析结果表明,该方法通常只需要迭代15步左右即可收敛,与蒙特卡洛法（抽样50万次）的相对误差在0.5%以内.      

随机结构的平稳随机地震响应

基于摄动理论、考虑地面运动的相位差，推导了大跨度随机结构在平稳随机地震作用下位移响应的零阶、一阶功率谱密度函数计算公式，算例表明，对大跨度随机结构考虑地震输入相位差的影响十分必要。     

随机GHP模型中有效容量的判定方法

为了提高求解地面等待策略(ground holding policy,GHP)随机模型的效率,利用归纳法建立了延误损失公式;考虑空地费用比与典型容量样本概率的不同组合关系,采用枚举法对4类典型情况进行分析,得到了有效容量判别方法;将多个随机容量转化成单个有效容量,并利用有效容量求解随机GHP模型,结果表明:与传统方法相比,运用本文方法求解随机GHP模型得到的总延误损失相同,在2 h内起飞航班为50架次的条件下,计算时间由109 s减少到42 s,减少了61.5%,提高了计算效率.     

基于有限元-神经网络-Monte-Carlo的结构可靠度计算方法

针对以往结构可靠度计算方法的不足,根据结构可靠度理论,引入神经网络理论和Monte-Carlo理论,结合结构有限元分析方法,提出基于有限元-神经网络-Monte-Carlo的结构可靠度计算方法;首先,建立结构有限元法分析模型,进行结构分析得到相应的结构响应量;然后,用得到的作用效应和结构响应量作为神经网络的训练样本和检验样本对神经网络进行训练,得到高度非线性映射关系的结构作用效应-结构响应模型;利用神经网络随机产生足够多的结构响应值;最后,用Monte-Carlo法计算结构的可靠度。该方法充分发挥了各方法的优点,相互弥补了不足,大大提高了计算效率,为结构可靠度计算提供了新的思路。     

基于有限元-神经网络-Monte-Carlo的结构可靠度计算方法

针对以往结构可靠度计算方法的不足,根据结构可靠度理论,引入神经网络理论和Monte-Carlo理论,结合结构有限元分析方法,提出基于有限元-神经网络-Monte-Carlo的结构可靠度计算方法;首先,建立结构有限元法分析模型,进行结构分析得到相应的结构响应量;然后,用得到的作用效应和结构响应量作为神经网络的训练样本和检验样本对神经网络进行训练,得到高度非线性映射关系的结构作用效应-结构响应模型;利用神经网络随机产生足够多的结构响应值;最后,用Monte-Carlo法计算结构的可靠度。该方法充分发挥了各方法的优点,相互弥补了不足,大大提高了计算效率,为结构可靠度计算提供了新的思路。     

大跨径桥梁自振特性试验的环境随机激振法

采用快速可靠的环境随机振动激振法,基于结构止各测点的脉动时域应信号,应用ＩＴＤ时域模态参数识别理论,分析大路径桥梁实桥的结构固有模态并列举了工程应用实例。     

基于小波-人工免疫算法的框架结构损伤识别

提出了小波-人工免疫算法的概念,建立了框架结构有限元模型。采用Lanczos法,对结构进行模态分析,得到了含损伤框架结构的应变模态。运用小波分析方法,对结构的模态参数进行连续小波变换,得到了小波系数图,并通过图形中的奇异点来识别框架结构的损伤位置。以基于结构的频率和模态振型所建立的目标函数为抗原,以小波识别出的损伤单元损伤程度(即问题的解)作为抗体,运用人工免疫算法,进行全局寻优迭代计算,实现对结构损伤程度的识别。以平面框架结构为例进行计算,分析结果表明:该方法能够有效识别结构的损伤位置和损伤程度。     

随机结构动力分析的随机有限元法

本文在随机结构静力分析的基础上，分析了随机结构的动态响应。将随机场的局部平均理论应用于随机有限元的计算方法中，建立相应的计算公式，通过算例，表明本文的方法具有较强的实用性和较高的计算效率。     

车辆-轨道耦合动力学钢轨模型求解方法

应用车辆-轨道非线性耦合动力学模型,分析了采用解析方法的模态叠加法、有限元法的模态叠加法和有限元法的直接积分法求解车辆-轨道耦合动力学钢轨模型的计算精度与计算效率.选取Bernoulli-Euler梁或Rayleigh-Timoshenko梁模拟钢轨,采用不同类型单元离散钢轨模型,并利用显式积分方法求解车辆-轨道耦合动...     

铁路连续弯梁桥自振特性试验的环境随机激振法

结构自振特性试验是铁路连续弯梁桥试验的一项重要内容.采用快速可靠的环境随机振动激振法,基于结构上各测点的脉动时域响应信号,应用ITD时域模态参数识别理论,分析弯梁桥实桥的结构固有模态,并列举了工程应用实例.     

解析法分析铁路环境振动的列车随机激振荷载

将虚拟激励法和车辆-有砟（无砟）轨道-路基-地基耦合系统垂向振动解析模型有效结合起来,由轨道不平顺功率谱直接得到准确的列车随机激振荷载功率谱,然后采用频率采样三角级数法反演出列车随机激振荷载时程。为铁路环境振动中列车随机激振荷载的计算提供了一简便有效的方法。算例比较了有砟轨道和无砟轨道两种情况下CRH3高速列车运行引起的列车随机激振荷载功率谱密度与时程曲线。     

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.      

大跨屋盖结构共振响应的简化CQC法

为提高传统完全二次项组合法(CQC法)的计算效率,通过对模态频响传递函数和模态力谱的分析,提出了大跨屋盖结构共振响应的简化CQC法.该方法根据结构的动力特性和风荷载特性,计入了模态频响传递函数和模态力谱实部和虚部对响应方差的贡献;为保证计算精度,考虑了共振响应模态的耦合效应.将该方法应用于某游泳馆屋盖结构共振响应分析,并将其与传统CQC法的计算结果进行比较.算例表明,与传统CQC法相比,该方法误差较小,节点位移共振响应最大误差仅为2.73%,验证了该方法的可行性和有效性.      

基于模态应变能变异指标的斜拉桥模型损伤识别研究

基于动力测试采用模态应变能变化率方法对一座独塔斜拉桥模型进行了损伤识别实用性研究,识别过程基于动力模态分析,激励方式包括车辆激励、环境激励和冲击激励.从识别得到的各阶试验模态的模态应变能变异指标的计算结果可知:在合适的激励条件下,模态应变能指标可以识别梁式结构主梁的损伤位置和大小关系;激励的充分条件会影响模态应变能指标的识别效果,冲击激励产生的激励较充分,因而损伤识别的效果最好;各阶试验模态包含的损伤信息完备程度不同,建议综合多阶模态应变能变异指标的计算结果进行损伤识别.     

基于模态频率响应分析的半挂车车架的疲劳寿命计算

采用模态频率响应的方法进行半挂车车架疲劳寿命预测。在Msc.Patran中对车架进行模态频率响应分析;在ADAMS/Car中建立整车多体动力学模型,采用D级路面,对其进行仿真分析,从而获得车架各连接点的载荷时间历程,并将动态载荷转换成功率谱密度。结合动态载荷分析与有限元分析结果,基于Dirlik方法分析得到车架疲劳寿命和最危险点的寿命值。计算结果证明了基于模态频率响应分析的疲劳分析方法能够快捷、有效地预测随机动态载荷下的半挂车车架的疲劳寿命。     

基于CG随机有限元的结构优化设计

在设定材料性能特性、几何尺寸、所受载荷为随机变量的情况下,CG随机有限元被用于结构振动分析。提出了基于随机有限元的结构振动优化设计方法。给出了一个计算实例,对计算结果做了比较,结果表明:本文提出的方法是有效的。     

用于结构可靠指标计算的随机梯度算法

提出了一种基于几何原理求解结构可靠指标的高效实用算法,即随机梯度算法.该算法根据随机搜索方向的梯度反馈信息,采取有效的优化策略对随机搜索方向加以调整,缩短搜索路径,使目标的搜索方向更为准确,搜索效率更高.编制了相应程序对该算法的计算过程进行跟踪演示,以便直观形象地了解程序执行运作情况和算法性能,便于进行参数分析.经3个工程算例验证,该算法适用于结构可靠指标计算,计算精度令人满意.     

基于流固耦合方法的船舶湿模态振动研究

基于ANSYS Workbench仿真平台对船舶的干湿模态进行有限元分析。针对一艘686TEU多用途集装箱船,运用船舶建模软件建立该船三维简化模型,将模型导入仿真平台并进行船体模态特性分析。数值计算结果表明,应用Workbench平台采用流固耦合方法能够计算大型结构的模态,验证了在Workbench中使用流固耦合方法计算船舶振动干湿模态的可行性。