结构振动计算中传递矩阵法的应用问题

本文讨论了结构地震反应计算中结合应用传递矩阵法和振型迭加法的优点。文中证明了由传递矩阵法导出的多自由度挠曲梁的振动频率方程的次数与梁的自由度数是相等的,从而为该法在梁式结构振动问题中的正确运用建立了一个理论基础。此外,对固有频率与振型的实际计算问题,文中说明了为达到快速、精确的计算效果而应采取的具体做法,并给出了一个算例。     

结构振动模态分析的Wilson—Ritz向量法

本文讨论了应用Wilson-Ritz向量法分析结构模态特性所遇到的一个基本问题——如何定义荷载分布向量,并在Rayleigh原理的基础上,介绍获取Ritz向量的迭代计算公式。算例表明,应用本文建议的方法能有效地提高大型结构振动模态分析的计算效率,且能避免Wilson-Ritz法中易于丢失低阶模态特性的不足之处。     

半主动TLCD对固定式海洋平台的离散神经网络滑模控制

主要研究了半主动调液柱型阻尼器（TLCD）对固定式海洋平台的离散神经网络滑模变结构控制方法。首先建立了平台结构-TLCD控制系统微分方程及其离散化状态空间表达,然后阐述了基于神经网络的滑模变结构控制的基本算法和控制策略,最后应用该神经网络滑模变结构控制策略对一个已建成的实际海洋平台结构的TLCD半主动控制问题进行了数值仿真分析。仿真分析的结果证明了该方法的有效性。     

桥梁结构损伤对其固有振动特性的影响

分析实际桥梁结构的各种损伤状况,采用矩阵摄动理论分析桥梁结构发生损伤时固有频率及振型向量的一阶、二阶摄动结果,并讨论了固有振动特性对结构单元损伤的灵敏性。在理论分析的基础上,编制桥梁结构固有振动特性及其在损伤下的摄动分析程序,并用以分析简支梁、连续梁及拱结构损伤引起的固有振动的摄动结果。分析结果表明:单一单元损伤引起固有频率的摄动结果很小;不同位置处单元损伤与固有频率摄动结果的关系曲线与对应振型曲线具有相似性,但在中间支承处或结构端部有扭转约束处单元损伤影响显著;而单元损伤对振型向量影响极小。     

海洋平台结构振动的AMD主动控制参数优化分析

本文针对海洋平台结构的冰激振动和地震反应控制问题，提出了采用AMD主动控制的控制策略，结合JZ20－2MUQ平台结构进行了AMD控制系统的硬参数和软参数的优化分析，并就相应于最优参数下的AMD控制海洋平台结构冰激振动和地震反应的几种代表性工况进行了时程分析，得到了一些定性和定量的结论，为实际工程的控制设计提供了基础。本文提出的AMD主动控制方法对类似的海洋平台结构的控制问题也有参考价值。     

结构地震反应的频域精细传递矩阵法

传统的传递矩阵法需要对控制微分方程进行求解,获得相应的传递矩阵。公式繁琐、复杂。文中提出将传递矩阵法与精细积分法中的指数矩阵运算技巧结合起来,在频域内对结构进行动力分析。与传统的传递矩阵法相比,无需对微分方程进行求解,只需按照迭代公式进行计算,就可以得到所需要的传递矩阵。这种方法公式简单,理论上可实现任意精度,而且计算效率较高,能够快速、高精度的进行结构的地震反应分析。算例显示了精细传递矩阵法的有效性。     

海洋平台——摇摆柱减振体系中连接杆优化研究

摇摆结构体系是最近几年发展起来的新型结构,研究表明摇摆柱施加于海洋平台上可有效降低平台的动力反应。基于摇摆柱体系的新型海洋平台结构形式,以JZ20-2北高点井口平台为例,利用ANSYS有限元软件对该结构体系进行了地震作用和冰力荷载下的数值仿真分析,计算了摇摆柱与海洋平台之间的连接杆在不同刚度、不同数量时的平台结构位移和加速度反应。分析结果表明,连接杆的刚度和数量对海洋平台结构的位移和加速度反应有较大影响,当其达到某一值或在特定范围内时,对海洋平台振动的控制效果最为明显,为海洋平台——摇摆结构体系的实际应用提供了理论依据。     

多肢剪力墙自振频率传递矩阵法简化计算

基于连续体系模型与传递矩阵法的结合,提出了一种简化方法来计算多肢剪力墙的动力特性。整个结构体系等效模拟为一个夹层结构梁;建立了相应的基本微分方程;通过求解微分方程得到了楼层间变形函数;利用边界条件及层间变形函数导出了层间传递矩阵;据此计算出了体系的振型与自振频率。算例分析表明本文方法计算结果与文献给出的解是比较吻合的。     

水坝抗震分析的动力边界元方法

本文讨论了动力学问题中的几种边界元法,着重阐述了用静力Kelvin基本解和用一个简单函数系列表示惯性项以建立动力学问题的边界积分方程的方法;同时,用边界元离散技术求解动水压力,以实现流固耦合。文中给出了用边界元求解系统自振特性和在地震荷载作用下动力反应的数值技术。作为应用实例,文末分析了一个重力坝和水库,地基动力相互作用问题,说明这种方法在结构动力分析中比有限元法有独特的优越性,具有良好的应用前景。     

海洋石油平台的工程地震问题

对于海洋石油平台,结构抗震设计要求提供地震动峰值、反应谱、持续时间以及速度时程等参数,由于海洋石油平台的结构和形式的特殊性,以及海域地震环境特征,考虑海洋石油平台地震动作用时要有不同的方法及侧重点,本文对海洋石油平台地震作用分析中涉及的一些工程地震问题研究进行了讨论,包括设防地震动水准、设定地震、地震动衰减关系、长周期地震动及其相关问题。     

基于损伤部位向量法的钢框架损伤识别研究

对损伤部位向量(DLV)法作了简单介绍,并用该方法对钢框架进行了损伤识别和损伤定位。该方法假定结构损伤前后为线性,对结构损伤前后柔度矩阵差进行奇异值分解,将奇异值为零所对应的向量,作为静荷载施加在无损结构的测点位置,则应力为零的单元为可能损伤的单元。对3种不同工况的钢框架进行了振动模态试验,用前3阶模态参数构造框架的柔度矩阵,按照DLV法对其进行了损伤识别,识别结果与已知损伤情况相一致。从测试自由度不完备、噪声和振型质量归一化系数这3个方面对识别效果进行了分析,结果表明:当损伤使结构动力特性有微小改变时,使用该方法不易定位损伤,应结合局部损伤识别方法进行判定;当损伤使结构动力特性有较大改变时,该方法能有效识别损伤的单元。DLV方法概念简单,理论明确,不受结构类型的限制,不需要结构的数学模型和模型缩聚或扩展技术,只需获得结构损伤前后的前几个低阶模态参数,即可识别结构一处或多处损伤,实际应用时可操作性强。     

基于子结构法的海洋平台疲劳可靠性研究

为了对大型结构如海洋平台的疲劳可靠性进行准确的评价并减小计算工作量,针对海洋平台在疲劳可靠度计算过程中存在的诸多不确定性,如环境的复杂性、载荷的高突发性、强随机性和强可变性及在力学分析中的复杂重复工作等问题,提出了基于子结构法的海洋平台疲劳可靠性评价方法。它先采用子结构法将复杂的海洋平台模型简化,对构件层次和失效模式进行划分,然后对不同构件层次和失效模式的可靠度进行了计算,最后对各个子结构的疲劳可靠度进行组合得到海洋平台的整体可靠度。为了验证所提方法的可行性和有效性,分别对一个平面桁架和导管架型海洋平台进行了疲劳可靠度计算。研究发现,本文所提方法不仅可以简化大型结构的复杂程度,减小疲劳计算的工作量,而且在一定程度上可提高计算精度。     

基于离散时间传递矩阵法的变截面梁地震时程分析方法研究

为提高变截面梁地震动力求解的计算效率,提出了基于离散时间传递矩阵法的时程分析方法。首先,从欧拉梁的偏微分振动方程出发,基于逐步时间积分法的线性化方法并结合张量变换原理,建立了变截面梁的动力时程计算方法;其次,考虑地震动激励的非一致输入效应,采用数值迭代求解的方式建立了变截面梁地震动力时程分析的离散时间传递矩阵算法;最后,编制了数值仿真计算程序,并结合具体算例进行了算法的有效性和高效性验证。算例结果表明:在采用相同计算模型的前提下,离散时间传递矩阵法不仅能够在计算精度方面与有限元法保持一致,同时还拥有更高的计算效率。     

复阻尼多自由度系统动力分析的模态叠加法

工程实际中,复阻尼多自由度系统的瞬态响应过去一直是通过频域方法求解的。频域方法的一个突出问题是求传递函数矩阵的计算工作量过大。本文给出一种有效而实用的时域解法———实模态叠加法,此外还介绍了复模态叠加法。实模态叠加法是基于一个事实,即n维复向量空间中的复向量可以在n维实向量空间中的一组线性无关的实向量构成的基下表出;另外,就此方法还讨论了复阻尼多自由度系统初始运动条件的给出和转换问题。复模态叠加法则是通过变量替换的方法,变其中的复特征值问题为形式上的一个实特征值问题来解决的。     

曲线桥抗震传递矩阵法

本文考虑曲线梁桥在竖直方向的弯扭耦合以及水平方向的弯曲、轴向变形,导出了曲线梁单元竖直方向和水平方向的传递矩阵.给出了用传递矩阵法计算曲线梁桥竖直方向和水平方向的振动频率、振型、地震内力和变形的计算公式和步骤,并运用传递矩阵法对单跨简支桥进行了地震反应分析.算例表明,本文方法简单、具有较高精度和效率,可用于曲线梁桥抗震设计.     

海洋平台结构地震反应的近似计算

本文对海洋平台结构地震反应运动方程中的非线性流体阻力项,按振动一周力作功相等的原则,等效为线性的粘滞阻尼力。在等效的过程中,作者提出了所谓“拟静态位移”的概念,用它代替等效粘滞阻尼系数中与频率有关的位移幅值,从而使计算大为简化。文中还以一简单的海洋工程结构为例,按该近似方法计算了它在某地震记录输入下的反应,并与“Fourier变换-时域迭代混合法”计算的结果进行了对比。结果表明:利用本文的近似方法计算海洋平台结构的地震反应不仅速度快、费用少,而且具有较高的精度。 该法还可以推广应用于同时受地震荷载及波浪荷载作用的海洋平台结构的反应分析。     

求解结构自振频率的精细传递矩阵法

将高精度的精细积分法和力学概念清晰的传递矩阵法结合起来,以微分方程和矩阵分析理论为基础,提出了一种新的精细传递矩阵形式,并用于求解结构自振频率.推导了该方法的计算公式.与传统的传递矩阵法相比,无需对微分方程进行求解,只需按照迭代公式进行计算,就可以得到所需要的传递矩阵.提出的方法虽然是条件稳定的,但是稳定性条件极易满足.算例表明本方法具有较高的精度和效率.可以对任意结构进行自振频率求解.     

损伤和缺陷对海洋平台抗冰抗震性能的影响

现役导管架式海洋平台可能会存在裂纹、凹痕、腐蚀等缺陷和损伤,并可能受到海洋生物附着及地基土冲刷的影响,这些问题将减小构件强度或者放大荷载作用.取一座导管架海洋平台为例,应用动力时程及整体推进法进行分析,对比损伤前后动冰力作用下结构响应、结构抗冰能力曲线及剩余强度储备系数,并取3个地震波对损伤前后结构的地震响应、抗震能力曲线、抗震安全裕度系数进行对比.结果显示损伤和缺陷极大地降低了海洋平台抗冰抗震性能,对现役海洋平台的检测和维修也有一定借鉴意义.     

多点输入下大跨结构地震反应的频域精细传递矩阵法

地震输入问题一直是工程结构抗震研究所关注的焦点.在对大跨度结构进行抗震设计时,需要考虑多点地震输入的影响已成为国内外学术界和工程界的共识.本文根据傅氏变换,运用精细传递矩阵法推导出了大跨结构在多点地震输入下的频域精细传递矩阵,并在频域内对大跨度结构进行了动力分析.这种方法公式简单,能够快速、高精度地进行结构的地震反应分析.算例显示了本文方法的有效性.     

近地表地震地质复杂性的一种定量分析方法

复杂近地表散射衰减所有的地面观测波场,形成半随机半相干的近地表强散射噪音背景,弥漫整个炮集,淹没深层反射信号,是导致地震资料极低信噪比的主要原因.如何研究和评价近地表散射强度一直是石油勘探未解决的问题,这与起伏地表的粗糙度、近地表速度横向变化和结构倾角分布密切相关.基于前期复杂近地表边界元法波动方程数值模拟研究,本文提出一种复杂近地表散射振幅矩阵方法来分析近地表散射强度.首先对复杂近地表结构进行边界元配置方法离散,根据边界积分方程生成矩阵方程.我们不求解该矩阵方程(涉及海量计算),只是利用矩阵分析技术来解析矩阵方程中的散射振幅系数矩阵,研究复杂近地表结构对不同频率波场的散射强度.该方法利用边界元对近地表结构几何特征的精确表征,研究起伏地表和非规则地质分界面对地震波传播的影响,由基本解及其在边界上的法向导数经过高斯数值积分计算得到的散射振幅系数矩阵,不仅描述了任意两点之间的相互影响,同时还刻画了边界形状特征的影响,为评价不同地质结构的散射强度提供了可能性.作为初步评价手段,我们采用矩阵元素总和与矩阵维数之比作为表征散射振幅系数矩阵散射特征的标量复杂系数,通过理论和实际模型测试,形成了一套行之有效、计算快速的近地表复杂性分析方法.