基础隔震耗能结构基于Kanai-Tajimi谱的随机响应简明解法研究

针对在Kanai-Tajimi谱激励下设置广义Maxwell阻尼器的多自由度基础隔震耗能结构进行响应分析比较复杂的问题，提出一种求解响应的简明解法。首先，联立广义Maxwell阻尼器本构方程与原结构运动方程，重构结构运动方程；其次，利用复模态法将运动方程解耦获得了系列响应的特征值以及复模态参与系数，进而获得结构系列响应的统一表达式；最后，计算激励功率谱与响应功率谱的二次正交式，获得了结构响应0～2阶谱矩及方差的简明解析解。算例计算了一多自由度结构响应的方差及0～2阶谱矩，将计算结果与虚拟激励法进行比较，证明本文所提方法的正确性，同时具有更高的计算效率。     

平面不规则结构的实用多维反应谱计算方法

因地震动输入方向对平面不规则结构响应的影响显著,所以本文对该类的实用多维反应谱计算方法进行了研究。首先,基于多维加速度功率谱矩阵的研究成果,引入激励输入角度和相应参数,推导了能合理考虑激励输入方向的加速度功率谱和基于平稳随机振动求解响应的计算公式。然后再引入位移谱,利用其能合理考虑激励非平稳性的特点,提出了水平双向的实用反应谱法计算公式。最后,以平面为L形的空间钢结构为例,对不同输入角度时的节点位移公式计算值与多条地震波的时程响应值进行了比较,证明该计算方法是合理的,可供结构抗震设计与分析作参考。     

一种推广的互功率谱模态识别法及其在SHM问题中的应用

详细推导了多自由度结构多测点加速度响应的互功率谱模态矩阵展开式。进而给出了未知激励条件下基于各测点加速度响应互功率谱的频域多参考点模态识别法,同文献相比,该法适用于更广范围的激励条件。在频域平均法的辅助下,对ASCE SHM Benchmark问题的解析模型仿真加速度响应数据进行识别,结果表明该法有较好的识别精度,是一个有望应用于在线监测环境下的模态识别算法。     

组合体结构随机地震动响应的简明解法

在两相邻结构间设置耗能阻尼器能有效降低结构在地震作用下的响应,文中对相邻建筑结构设置Maxwell型阻尼器而形成组合体的结构地震动响应进行了研究。频域法中,结构响应功率谱表示为频率响应特征函数模值平方项(称之为频率响应特征值函数)与随机激励功率谱的乘积,文中提出了响应功率谱二次正交化法并获得了结构系列响应(绝对位移与层间位移)0～2阶谱矩及方差的简明封闭解。首先,综合复模态法与虚拟激励法提出了组合体结构频率响应特征值函数的二次正交式;其次,运用留数定律给出胡聿贤地震谱的二次正交式,由此求解出组合体结构响应功率谱密度函数的二次正交式;最后,得到了组合体结构系列响应0～2阶谱矩及方差的简明封闭解。通过算例验证了所提方法的正确性,并验证了相邻结构间设置连接阻尼器具有良好的减震性能。     

多高层建筑结构层间位移和层剪力的动力可靠度计算

在虚拟激励法的基础上推导了多高层建筑结构剪切层模型在地震作用下层间相对位移和层地震剪力的自功率谱密度函数的解析表达,通过数值积分获得层间相对位移和层地震剪力的各阶谱矩和标准差,基于随机动力响应过程跨越安全界限次数为泊松过程和两态马尔可夫过程的假设,计算了层间相对位移和层地震剪力的动力可靠度,并用Matlab语言编制了动力可靠度的计算程序.算例表明该方法是高效的和有效的.     

“房桥合一”铁路客站抗震计算的快速高效多维虚拟激励法

针对"房桥合一"铁路客站节点数多、空间相互作用显著等特点,利用沿结构整体坐标系方向功率谱的表达式和合理谱强度因子的确定方法,提出能合理考虑地震激励输入角度变化的快速多维虚拟激励法,并以天津西站Ⅱ区作为工程案例,对利用快速多维虚拟激励法、时程响应分析法和已有虚拟激励法的计算结果进行比较。结果表明:三种算法的计算结果吻合较好,证明快速多维虚拟激励法的计算值是合理的;且与已有虚拟激励法相比、快速多维虚拟激励法的计算效率显著提高,更适合于"房桥合一"铁路客站的抗震计算。     

多点输入下大跨空间索结构的非平稳响应分析

将非平稳地面运动的加速度表示为零均值的平稳随机函数乘以调制函数的形式,借助于虚拟激励法,解决了计算量与精度的矛盾,计算了大跨空间索结构的随机地震响应,即时变加速度功率谱和时变位移方差,比较分析了多点和一致2种输入方法下索结构非平稳响应的差异及多点输入下结构平稳和非平稳响应的差异,并且分析了视波速、结构跨度和阻尼比等因素的影响。通过分析可以看出虚拟激励法对于分析大跨度空间索结构的非平稳随机地震响应是非常适合的,而且是高效的。     

地震多点激励结构随机分析方法

将多点地震激励简化为平稳向量随机过程，地对其时－空相关特性，采用两步相关谱展开，使相关向量随机过程转化为正交向量随机过程，通过结构振型分解法直接求得结构随机响应；进一步可计算各种响应功率谱密度。本文方法不仅考虑了结构的多点激励及行波效应，而且考虑了结构振型之间的相关性，计算过程简单，是结构随机振动分析的一种有效方法。     

多点地震动激励下的高效反应谱方法

在多点地震动激励下,结构的反应谱分析计算非常耗时。结构的地震谱响应可以用若干个相关系数来表示,如果相关系数使用解析形式来表示,可以大大减少计算时间。本文提出了空间相干函数的近似表达式,并对其系数进行积分,得到了相关系数的解析式。该解析表达式根据克拉夫-彭津（Clough-Penzien）和胡聿贤自功率谱密度函数模型推导得出。案例桥梁的计算结果表明,相关系数的近似解析表达式具有足够的工程精度,用于多点地震反应谱计算具有极高的效率。      

两结构高效阻尼控制系统随机动力反应分析

对由高效阻尼装置(HEDMS)连接的两单自由度相邻结构在过滤白噪声激励下的相对位移响应进行了随机分析。在对阻尼装置滞变位移等价线性化的基础上，采用虚拟激励法计算结构响应的谱密度和互谱密度，研究了该阻尼装置各参数对位移响应方差的影响以及该装置的适用范围。     

基于BS-MUSIC的定向钻孔雷达三维成像算法

定向钻孔雷达由位于井中的一个发射天线和分布于圆环上的呈等角度分布的四个接收天线组成,能确定井旁地质目标的深度和方位.然而,目标方位确定和三维成像的算法问题一直是该技术面临的挑战.本文将空间谱估计中的BS-MUSIC算法应用于定向钻孔雷达目标方位识别算法中,在此基础上提出并实现了利用四个接收天线的信号对井周地质体进行三维空间成像的算法.使用合成数据对以上算法的效果进行验证,并和通常的MUSIC算法进行比较,结果表明,MUSIC算法和基于波束空间的MUSIC算法均可以在方位确定和三维成像方面取得非常好的效果,但计算速度方面,BS-MUSIC算法相比于MUSIC算法有了非常明显的提升.     

Ant-Miner算法改进及在地震预测中的应用

首先阐述了Ant-Miner算法的原理,然后从不同角度对Ant-Miner算法进行研究分析,并针对该算法的不足之处提出了相应的改进和优化方案.最后将经过改进的Ant-Miner算法应用到地震预测中.结果证明优化后的Ant-Miner算法比传统C4.5分类算法能达到更好的效果.     

基于Chambolle-Pock框架的核TV多通道图像重建算法

总变差最小化算法是一种基于压缩感知理论的图像重建算法,能够从稀疏投影或含噪投影数据中高精度地重建图像,已经被广泛应用于计算机断层成像、磁共振成像、电子顺磁共振成像。能谱CT、T1或T2加权的MRI及EPRI均属于多通道成像。逐通道TV算法可以实现较高精度的图像重建,然而忽略了各通道图像之间的相似性。核TV算法是一种考虑了通道间图像相似性的TV类算法,可以实现高精度图像重建。面向多通道图像重建,以CT重建为研究范例,本文提出一种Chambolle-Pock算法框架下的核TV多通道图像重建算法。通过仿真模体和真实CT图像模体的重建实验,验证算法的正确性,分析算法的收敛性,探索算法参数对收敛速率的影响,评估算法的稀疏重建能力及含噪投影重建能力。结果表明,相对于逐通道TV算法,所提算法可以取得更高的重建精度。核TV算法是一种高精度的多通道图像重建算法,可以应用于各种成像模态的多通道重建场合。      

一种线性走时插值射线追踪改进算法

针对线性走时插值算法(LTI)不能正确追踪逆向传播射线的问题, 目前已提出多种改进算法, 如扩张收缩LTI算法、 循环计算LTI算法、 动态网络最短路径射线追踪算法等, 但这些算法的计算效率普遍偏低. 在分析各种改进LTI算法的优劣后, 本文提出了改进动态网络最短路径射线追踪算法. 该改进算法依据波的传播规律以及LTI算法的基本方程, 排除动态网络最短路径射线追踪算法中大量冗余节点计算, 并采用传统的二叉树堆排序算法对波前阵列节点进行管理. 数值算例表明, 本文提出的改进算法具有较高的计算效率, 其计算效率是动态网络最短路径射线追踪算法的4.5—30倍, 是原始LTI算法的2—6.5倍; 当动态网络最短路径射线追踪算法采用堆排序算法时, 改进算法的计算效率是其3.5—15倍.      

基于相对TV最小的CT图像重建算法

总变差（TV）最小算法是一种有效的CT图像重建算法,可以对稀疏或含噪投影数据进行高精度重建。然而,在某些情况下,TV算法会产生阶梯状伪影。在图像去噪领域,相对TV算法展现了优于TV算法的性能。鉴于此,将相对TV模型引入图像重建,提出相对TV最小优化模型,并在自适应梯度下降-投影到凸集（ASD-POCS）框架下设计对应的求解算法,以进一步提升重建精度。以Shepp-Logan、FORBILD及真实CT图像仿真模体进行重建实验,验证了该算法的正确性并评估了算法的稀疏重建能力和抗噪能力。实验结果表明,相对TV算法可以实现逆犯罪,可以对稀疏或含噪投影数据进行高精度重建,与TV算法相比,该算法可以取得更高的重建精度。      

CT系统的能谱估计及射束硬化校正算法

本文给出对CT系统X射线能谱的估计算法和单成分被测物体CT成像的射束硬化校正算法，并给出和分析了数值模拟结果。     

Maslov渐近理论与辛几何算法

为了克服地震层析成像中的焦散问题,本文系统地研究了Ｍａｓｌｏｖ渐近理论与辛几何算法,同时提出了一种基于辛几何算法计算Ｍａｓｌｏｖ波场的数值计算方法,并就其中射线追踪这一重要环节,利用辛算法和非辛Ｒｕｎｇｅ－Ｋｕｔｔａ方法进行了数值模拟．计算结果表明,这两类算法在精度上相差无几,但辛算法的速度要快;在Ｈａｍｉｌｔｏｎ量保持方面,辛算法具有非辛Ｒｕｎｇｅ－Ｋｕｔｔａ方法无可比拟的优越性．     

Modified genetic algorithm with simulated annealing applied to optimal load dispatch of the Three Gorges Hydropower Plant in China

A method is presented for optimal load dispatch in large-scale hydropower plants using a genetic algorithm integrated with simulated annealing. The genetic algorithm overcomes dependence on an initial value and provides parallel processing and fast convergence, whereas simulated annealing prevents prematurity and retrieving of the local instead of the global optimum. Thus, the integrated genetic-simulated annealing algorithm improves efficiency and robustness to obtain solutions close to the global optimum. We evaluated the proposed algorithm to determine the optimal load dispatch of 32 units of the Three Gorges Hydropower Plant in China. Test results show that the minimum water consumption obtained using the proposed algorithm is similar to the optimum obtained from a previously proposed “improved” genetic algorithm when the total load of the plant is relatively high. However, for reduced load, the proposed algorithm clearly outperforms the “improved” genetic algorithm.     

一种基于离散控制理论的无条件稳定显式算法

基于离散控制理论,结合CR法和RST法提出一种无条件稳定的动力学显式新算法。以算法精度和稳定性为条件,通过离散传递函数推导参数表达式和极点,使得新算法可满足零振幅衰减率和零周期延长率。算法参数α和γ作为传递格式选择参数,当α和γ分别取1时,新算法对应CR法和RST法的位移速度表达式。对新算法的精度和稳定性理论分析表明:新算法可满足无振幅衰减和周期延长,且对于线性系统和非线性刚度软化系统为无条件稳定,对非线性刚度硬化系统为条件稳定,并给出了非线性刚度硬化系统的稳定性范围。算例分析验证了新算法的精度和稳定性,证明提出的新算法是可靠有效的。     

Analysis of implicit HHT‐α integration algorithm for real‐time hybrid simulation

Real‐time hybrid simulation is a viable experiment technique to evaluate the performance of structures equipped with rate‐dependent seismic devices when subject to dynamic loading. The integration algorithm used to solve the equations of motion has to be stable and accurate to achieve a successful real‐time hybrid simulation. The implicit HHT α‐algorithm is a popular integration algorithm for conducting structural dynamic time history analysis because of its desirable properties of unconditional stability for linear elastic structures and controllable numerical damping for high frequencies. The implicit form of the algorithm, however, requires iterations for nonlinear structures, which is undesirable for real‐time hybrid simulation. Consequently, the HHT α‐algorithm has been implemented for real‐time hybrid simulation using a fixed number of substep iterations. The resulting HHT α‐algorithm with a fixed number of substep iterations is believed to be unconditionally stable for linear elastic structures, but research on its stability and accuracy for nonlinear structures is quite limited. In this paper, a discrete transfer function approach is utilized to analyze the HHT α‐algorithm with a fixed number of substep iterations. The algorithm is shown to be unconditionally stable for linear elastic structures, but only conditionally stable for nonlinear softening or hardening structures. The equivalent damping of the algorithm is shown to be almost the same as that of the original HHT α‐algorithm, while the period elongation varies depending on the structural nonlinearity and the size of the integration time‐step. A modified form of the algorithm is proposed to improve its stability for use in nonlinear structures. The stability of the modified algorithm is demonstrated to be enhanced and have an accuracy that is comparable to that of the existing HHT α‐algorithm with a fixed number of substep iterations. Both numerical and real‐time hybrid simulations are conducted to verify the modified algorithm. The experimental results demonstrate the effectiveness of the modified algorithm for real‐time testing. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.