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。     

水平风振对门式刚架轻钢厂房的影响

门式刚架轻型钢结构是单层工业厂房中应用最广泛的一种结构形式,因其用钢量少,结构自重轻,施工速度快,综合效益高,近年来得到迅速发展,同时其安全性和可依赖性在近年自然灾害频发的情况下也备受关注。由于门式刚架轻型钢结构厂房的梁柱截面尺寸小,屋面轻,结构刚度小,自振周期长,对风荷载作用敏感,水平风振的影响显著。本文针对某一工程实例,建立变截面门式刚架轻钢厂房结构的模型,并对其进行了水平风振数值模拟分析,计算结果与按基本风压作用下的内力和变形进行比较。算例结果表明,水平风振对门式刚架轻钢厂房结构的影响较大,在设计中应予以考虑。     

变截面门式刚架稳定及地震反应研究进展

变截面轻钢门式刚架为我国单层大跨度工业和仓储建筑的主要结构形式.本文简要回顾了国内外变截面轻钢门式刚架稳定和地震反应研究的概况,介绍了其稳定分析及稳定设计方法的新进展以及地震反应理论分析、实验研究和分析方法的新进展,指出了目前在稳定和动反应研究及工程应用中存在的问题.针对我国相关现行规范在变截面门式刚架稳定和抗震设计方面规定的不足和存在的缺陷,提出了在稳定、地震反应及极限承载能力的判定方法等方面的研究建议.     

离散单元法在框架结构地震反应分析中的应用

将离散单元法应用于框架结构的地震反应分析,并建立了框架结构的离散单元计算模型。在数值求解过程中,本文采用同步动态松弛法确立与求解结构单元平衡关系,避免了动态松弛法由于路径相关性所造成的误差。本文编制了框架结构地震反应时程分析程序,并以一实际结构为例,进行了时程分析。算例表明,本文所提出的方法简单、有效,为工程结构地震反应分析提供了新的思路与方法。     

高层建筑空间结构动力计算的一种半解析方法

本文介绍一种适用于高层建筑空间结构动力计算的半解析、半数值方法。该法将高层建筑非规则空间框契或框架剪力墙结构化为等效正交异性连续板系,用同时考虑剪切及弯曲变形、移动与转动惯量、横向与平面位移的双向解析,一向离散的等效厚条法进行动力计算,给出了便于工程计算应用的频率、振型与建筑动载荷作用下结构反应的计算格式。算例与分析表明,该法适用性强、精度高,并能节省大量内存与时间。文后对高层建筑结构动力计算提出了一种综合的简化方案。     

罕遇地震作用下的框架-摇摆刚架结构体系动力可靠度研究

针对钢筋混凝土框架结构的受力特点,采用增设摇摆刚架的抗震设计方法,以提高罕遇地震下建筑结构的安全性。建立了框架一摇摆刚架结构体系的计算模型,结合状态空间法与虚拟激励法,求解结构的平稳随机响应,并根据计算所得随机响应对框架一摇摆刚架体系的动力可靠度进行分析。以西部地区某已建成的6层框架结构为算例,探讨了罕遇地震作用下不同刚度比的摇摆刚架对新结构体系动力可靠度的影响。结果表明,通过增设不同刚度比的摇摆刚架,可以有效协调结构体系的变形模式,充分发挥结构的耗能能力,降低整体结构的条件失效概率。     

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。     

移动荷载作用下桥梁动力响应分析

桥梁的振动状态是评价结构动力设计参数合理与否的重要指标。变截面梁可以提供更好和更合适的质量和应力分布,满足在建筑、机械、航空航天和其他工程创新应用中的要求。研究等高度矩形变截面均匀梁在移动荷载作用下的动力响应,具有一定的理论意义和实际应用价值。建立了移动载荷作用下,两端简支系统的控制方程,得到了精确的理论解,并给出了有限差分法和ANSYS有限元法的数值结果,三者互相验证,吻合良好。最后讨论了非均匀系数δ、车辆行驶速度c等参数变化对系统动力响应的影响。     

基于多辛结构谱元法的保结构地震波场模拟

近年来构造高精度、高效且具有长时程跟踪能力的保结构算法已逐渐成为地震波模拟算法发展的重要方向之一. 本文基于谱元法(SEM)进行空间域离散结合新推导的三阶辛算法(NTSTO)进行时间域离散,构造了一种具有时-空保结构特性的新算法. 本文给出的多组数值试验对比结果表明,本算法无论在内存消耗、稳定性及计算耗时,还是长时程跟踪能力方面都有上佳的表现; 另外,本文给出的起伏地表多层介质模型的数值算例验证了该算法处理复杂几何形状和复杂介质时的有效性. 该多辛结构谱元法的发展将为长时程地震波传播的计算及模拟提供更为广泛而有效的选择.     

直流电阻率2.5维有限元数值模拟

从稳定电流场满足的基本微分方程出发,推导了地面点源电场电位边值问题对应的等价变分问题.用网格离散积分区域时,以四边形为最小研究单元.针对电场在电源附近衰减快,变化梯度大,数值模拟结果在电源附近位置有较大误差问题,采用边界/奇异校正算法改善模拟结果在电源附近的奇异性问题,同时减少边界条件的影响,提高模拟结果精度.从波数域电位求取空间域电位,利用最优化离散波数进行反付氏变换.模型算例结果验证了该算法的可行性与有效性.     

用积分方程法模拟各向异性地层中三维电性异常体的电磁响应

本文研究并建立了一种模拟各向异性地层中三维电性异常体电磁响应的积分方程算法.首先讨论了并矢Green函数及其相关积分的计算,将水平层状各向异性地层中的电场并矢Green函数分解成含有奇异项的直达波与非奇异的来自各个层界面的反射和透射波两个部分,再应用等效体积单元和表面积分技术对积分方程的奇异核进行离散化处理以便提高离散方程的精度.然后为了节省计算机内存以及计算时间,引入基于Krylov子空间的迭代算法求解积分方程的离散化矩阵方程.最后通过与现有文献中的结果作对比从而检验了所述算法的有效性,并结合具体算例考察分析了地层的各向异性对三维电性异常体电磁响应的影响特征和规律.     

分析相互作用体系随机临界地震响应的摄动法

本文应用随机摄动法分析了地基土-非线性单自由度结构相互作用体系的随机临界地震激励和对应的临界地震响应,导出了相应于平稳高斯过程的有关计算公式。作为算例,计算了一水塔结构的随机临界地震响应,结合干稳过滤白噪声随机地震动模型,计算了水塔的地震响应,并与其随机临界地震响应作了比较,从而对随机临界地震响应分析法的可靠性作了进一步的定量评估。     

DFT理论及其新算法研究

本文给出了有限离散点或周期离散点的新的傅氏变换计算法。它与经典的用周期性Diracδ抽样理论之纯离散变换的算法不同,而是根据抽样点的原曲线情况,采用任意幂多项式甚至无限幂（理想光滑化）曲线来模拟的新算法。它计算简便,只要在原FFT计算结果上乘上一个本文导出的简单的β_n或β_∞因子即可。 文中给出算例,阐述了该算法之优点。在理论上它不仅给出全频域的连续变换值,并且也避免了过去DFT计算中在高频处出现的混迭误差。这对信息的合理抽样,提高计算精度等方面,具有理论和实际意义。     

树网格离散优化三维瞬变电磁有限体积正演算法

三维瞬变电磁正演算法作为研究处理与解释方法的重要基础,如何加速计算过程,减少计算机内存消耗尤为重要.为此,本文采用有限体积算法在八叉树(octree)网格上对时间域Maxwell方程组进行空间离散,相比于交错六面体网格,octree网格在局部区域网格细度相同的条件下可以显著减少细化区域外的网格数量,对复杂几何体边界的模拟更加灵活,而相比于非结构四面体网格,octree网格单元位置排列更加规律.通过octree网格离散三维正演模型使计算网格规模显著降低,减少了待求解方程的未知数,降低了物理内存消耗.空间离散后,瞬变电磁正演响应可以表示为关于初始磁场的矩阵指数函数,采用位移逆Krylov子空间模型降阶算法实现瞬变电磁场的求解,只需对系数矩阵进行一次矩阵分解和多次回代即可获得一系列时间序列的瞬变电磁场正演结果.本文算法在空间离散和方程求解两方面优化三维瞬变电磁正演过程,数值算例结果验证了本文算法的精度和高效性.     

工程结构地震响应模糊半主动控制

提出了使用MR阻尼器（Magnetorheological Damper）作为控制设备,模糊集为基础的半主动控制算法,并运用提出的算法对土木工程结构地震响应进行了振动控制分析.本文方法的优势在于算法自身的鲁棒性、处理非线性问题的能力和不需要结构的精确数学模型,算法需要的输入变量少,可以解决实际工程中结构响应信息难以测量的困难.模糊算法的输出直接控制MR阻尼器的输入电压,控制器的计算非常简单且易于在工程中实现.本文以一个3层框架结构为算例,分析了本文算法与前人研究算法的异同.数值结果表明,本文提出的模糊半主动控制具有较高的效率,可以减小需要的控制力,充分使用了MR阻尼器的输入电压可以调节的功能,使MR阻尼器的功能得到了更好的发挥.     

T形短肢剪力墙弹塑性模型及地震反应分析

根据短肢剪力墙结构的受力和变形特点,对多竖直杆模型进行了改进,建立了截面位移模型,摒弃了杆模型平截面假定的限制,有效地考虑了剪滞效应和翼缘的影响。利用变分原理导出了T形短肢剪力墙的空间单元刚度矩阵,研制了弹塑性时程分析程序,并输入三种不同的地震动进行了算例分析,计算结果表明,短肢剪力墙结构抗震性能较好,适合于在地震区推广使用。     

基于能量合成法的塔式结构刚度识别研究

在Rayleigh能量法和Southwell＇s频率合成法的基础上,将结构的振动基频表示为由各变形元和惯性元组成的子系统频率的合成,其中变形元为结构的弯曲变形和剪切变形,惯性元为结构的分布质量和塔顶附加质量。通过选取满足边界条件的挠度函数,建立了底部固定、顶端带有附加质量的塔式结构基频与刚度的关系,因此可通过测量结构的振动基频识别出塔式结构的抗弯刚度和抗剪刚度。以某钢塔为计算实例,采用该算法推导出了结构振动基频与弹性模量的关系,只要知道截面的几何尺寸和材料性质,便可快速识别出各截面的刚度。有限元空间建模计算结果证明了本文提出的算法具有较高精度。该方法适合底部固定的塔式结构,可为复杂空间塔式结构使用状态的监测与评估提供参考。     

凸模型地震作用下的建筑结构与控制协同优化

本文基于地震作用不确定性的椭球傅里叶界限凸模型,建立了建筑结构和控制系统的协同优化模型:以最小化结构质量和最大加速度响应加权和为目标函数,以结构截面的尺寸、阻尼器的数量和位置为设计变量,约束条件为结构的强度、刚度、整体及局部的稳定性。运用遗传算法来解决具有连续和离散两类设计变量的优化问题。算例结果表明结构与控制的协同化优化设计能使结构性能和控制效果同时达到最佳状态。     

地震灾场的模拟与模拟控制问题研究（Ⅰ）地震灾场模拟

本文将离散事件系统仿真的方法引入到地震工程研究之中．在论述地震灾场模拟与离散事件系统仿真的共性与差异的基础上，以城市地震次生火灾的发生与扑救过程为背景，发展了场、时域复合仿真模型，提出了城市地震灾场的综合模拟算法．实例研究表明，本文建议的地震灾场模拟算法可以揭示复合型工程系统地震反应的一系列特征参数。     

弹性波方程的多辛Preissmann格式计算

弹性波方程作为一类重要的数学物理方程在地球物理方面有着许多广泛的应用前景.本文应用多辛守恒算法来研究弹性波方程,首先给出了弹性波方程的多辛结构,然后通过引入正则动量,验证了弹性波方程具有Hamilton系统多辛格式,并证实此格式具有多辛守恒律、局部能量守恒律和动量守恒律.利用中心Preissmann方法构造离散多辛格式的途径,并构造了一种多辛格式,该格式满足离散多辛守恒律,局部能量守恒律,局部动量守恒律.数值算例结果表明该多辛离散格式具有较好的长时间数值稳定性.