基于功率法的结构⁃TMD减震控制分析∗

建立了结构-TMD振动方程,推导了无控结构和带TMD受控结构基于功率表达的运动方程,分别解释并给出了各种功率表达参数的物理意义,推导了随机激励下结构耗能功率流均值的随机表达式,对比分析了基于功率法的结构-TMD优化方法与其他优化方法的优化分析结果,并对其减震控制效果进行了对比分析。结果表明,结构-TMD系统的参数可以通过耗能功率流随机分析方法所得均值进行优化,且通过功率法优化后,结构在减震效果上优于其他传统方法得到的结果,从耗能功率均值的随机分析和时程功率分析角度证明了TMD控制的有效性;TMD做功功率为负时对结构有控制效果,起吸收转移能量的作用,且功率幅值越大控制效果越好,做功功率为正时则相反。     

多维地震作用下偏心结构动力反应的Simulink仿真分析

理论研究与震害经验表明,地震时结构会产生不可忽略的平动与扭转耦合的空间振动,因此,对结构进行平—扭耦联反应分析具有重要意义。本文首先建立多维地震动作用下偏心结构的空间力学模型和动力方程,并编制相应的MAT LAB程序,然后将动力方程所代表的动力学系统用控制理论中的状态空间法予以描述,根据其状态方程在SIMULINK环境下建立仿真分析模型,从而求解动力方程。对一双向水平地震作用下的6层偏心框架结构进行平—扭耦联反应数值仿真分析,得出了一些有益的结论。     

小高层建筑中屋顶花园TMD的振动控制作用

采用振型分解反应谱法，分析了小高层建筑屋顶花园作为TMD的减震原理和该TMD与主体结构频率比和质量比的变化规律，并阐述了对TMD的最优参数设计；最后对屋顶花园TMD的抗震效果进行了对比分析，用算例验证了该方法用于控制地震反应的可行性，因而可有效地用以减轻城市地震灾害。     

非均质土层中单桩水平简谐动力响应特性的数值分析

运用土动力学和结构动力学原理,基于改进的Winkler地基梁模型,同时考虑桩侧土的弱化效应和地基土层的成层非均质性,采用数理方程方法分别求解土与桩的振动方程,建立了水平荷载作用下单桩侧向简谐动力响应特性分析的计算力学模型和方法,并将所得结果与有限元计算结果进行对比分析,验证了所提出的计算方法的合理性。通过对影响单桩水平简谐动力响应特性的各相关参数进行变动参数分析,总结出了各影响参数对单桩水平简谐动力响应特性的一般影响规律。     

结构抗震控制的动态仿真分析方法研究

介绍了结构抗震控制的仿真分析方法:将设置阻尼器的结构看作一受控系统,运用状态空间方法描述受控结构的运动微分方程,采用MATLAB中的SIMULINK工具箱进行动态仿真,得到整个受控结构在地震作用下的动态反应。文末给出了仿真分析算例,其分析结果表明采用SIMULINK能够有效、准确地分析设置非线性阻尼器的结构在地震作用下的动力响应。     

考虑斜拉索刚度、垂度、阻尼的非线性运动方程研究

随着斜拉桥跨径的快速增长,斜拉索的长度也大大增加,斜拉索是斜拉桥的主要受力构件,其在外荷载作用下经常引发大幅振动,这样就降低了斜拉索的寿命或造成拉索的破坏,因此研究斜拉索的非线性运动方程对解决振动问题具有实际工程的意义。本文在考虑斜拉索非线性静平衡曲线、抗弯刚度、粘滞阻尼影响的斜拉索平面内非线性振动的基础上,建立了斜拉索非线性运动方程。采用Galerkin法解耦了斜拉索非线性运动方程,并运用Runge-Kutta法对其自由振动和周期强迫振动两种情形进行了求解,最后,通过对该索的理论计算数据与原型仿真数据的对比分析,可知上述非线性方程比传统的线性方程更精确。本文的研究为今后斜拉索的非线性分析及其振动控制奠定了一定的理论基础。     

基于人体动力学模型钢楼梯振动舒适度及其控制研究

基于人体动力学模型研究钢楼梯人致振动舒适度问题,并利用TMD对其振动进行控制。采用移动质量-弹簧-阻尼的单自由度体系模拟人体动力学模型,将模型施加在钢楼梯有限元模型上,运用完全时程方法得到钢楼梯在人-结构动力相互作用下的动力响应,并对比分析不考虑人-结构动力相互作用时的动力响应,以峰值加速度为指标评估该楼梯的振动舒适度;对振动过大的钢楼梯,采用3种不同优化模型的TMD进行振动控制。结果表明:行人步频的倍频与结构自振频率相近时,考虑人-结构动力相互作用时结构加速度峰值多则会减小20%以上;3种不同优化模型的TMD都能够有效减小楼梯的振动响应,建议优先选用Warburton参数优化模型。     

基于H∞理论的磁流变阻尼器半主动容错控制

建筑结构的半主动控制系统中的传感器,在强震作用下可能因出现故障而影响控制效果。以磁流变阻尼器为例,研究半主动容错控制系统的设计方法。首先,研究了基于状态观测器的半主动H∞控制器设计方法,并将之应用到建筑结构采用磁流变阻尼器的减振控制中;运用改进Bouc-Wen模型,计算磁流变阻尼器的阻尼力,通过求解一个代数Riccati方程和一个状态观测方程,得出了基于状态观测器的H∞主动控制律;再对其采用Clipped-optimal方法实施半主动控制策略。然后,针对传感器故障,利用观测器组的输出残差对故障进行在线诊断,并通过几个观测器状态值的比较得到故障的大小,并据此对传感器的测量值进行修正,从而消除故障对闭环系统的影响,最终实现半主动H∞容错控制。仿真结果表明,该方法具有很好的容错控制效果。     

双调谐质量阻尼器参数分析及简化设计方法

双调谐质量阻尼器参数较多,迄今其设计方法、有效性和鲁棒性的研究仍不完善。针对双调谐质量阻尼器的设计方法进行了研究,推导了双调谐质量阻尼器-单自由度结构体系的位移响应放大系数,基于min.(max.DDMF)最优化目标函数,系统地分析了阻尼器参数对受控结构位移响应放大系数控制效果的影响规律;在此基础上,给出了一种双调谐质量阻尼器(DTMD)的简化设计方法,并通过仿真分析对该简化设计方法的有效性进行了评价。结果表明,基于受控结构-DTMD系统参数研究提出的简化设计方法可为DTMD的实际应用提供理论指导;依据简化设计方法设计的双调谐质量阻尼器可有效降低受控结构的动力响应,且控制效果的鲁棒性明显优于单调谐质量阻尼器(TMD)。     

基于离散时间传递矩阵法的变截面刚构桥-地震时程分析方法

为提高变截面刚构桥地震动力时程分析的计算效率,提出了基于离散时间传递矩阵法的时程算法。首先,从欧拉梁的动平衡方程出发,结合逐步时间积分法的线性化方法,基于离散时间传递矩阵法推导了欧拉梁的单元传递矩阵;然后,将变截面刚构桥离散为平面杆系结构,依据张量变换原理将单元状态矢量转换至整体坐标系下,借助分叉点处的协调条件和平衡条件建立了离散体系的整体传递矩阵;最后,借助数值仿真软件,考虑地震荷载的多点输入影响,采用逐步数值迭代求解的方式实现了变截面刚构桥的地震动力时程分析。以某变截面刚构桥为算例完成仿真计算,并与有限元法就数值计算精度和计算效率进行了对比讨论,分析结果论证了本文所提算法的有效性和高效性。     

多点激励下结构抗震可靠度分析的反应谱方法

既有的多点激励反应谱方法均只能给出结构地震峰值反应的均值,而不能给出峰值反应的标准差,从而无法进行合理的结构抗震可靠性分析。本文首先介绍了一种多点激励下结构随机地震反应分析的简化反应谱方法,在此基础上,发展了基于多点激励反应谱理论的结构抗震可靠度计算方法。以一两绔连续梁为例,通过Monte Carlo模拟对这一方法进行了验证。计算结果表明,本文建议的可靠度分析方法具有良好的精度。     

基于数值模拟的泥石流危险性分区方法

由于泥石流运动方程研究和计算机技术的迅速发展使得基于数值模拟的泥石流危险性分区方法已成为泥石流危险性分区的主要方法.该方法也是这一领域最为有效的定量方法,并被大量应用于泥石流灾害评估、土地利用规划和灾害制图中.在分析泥石流运动数值模拟方法和根据模拟结果进行分区研究现状的基础上,指出了该方法在数值模型的建立、分区指标的确定以及指标分级中存在的问题,并针对这些问题提出了解决方法.     

升—降温全过程中约束钢梁的有限元与试验分析

以轴向支撑连接方式,利用自制的加热炉对约束钢梁进行了升—降温全过程的试验研究。重点研究了钢梁的跨中挠度随温度变化的规律,以及梁端不同轴向支撑刚度和钢柱不同轴压比条件下约束钢梁的屈曲模式及其梁端轴向支撑的破坏形态。基于ANSYS有限元软件,采用温度场和结构耦合中的间接法,对升-降温全过程中的约束钢梁进行了有限元分析。数值计算结果与试验结果吻合较好,验证了有限元模型和参数设置的合理性。根据对比分析,讨论了我国现行钢结构防火技术规范中存在的关键问题,特别提出了钢结构抗火设计应有的内涵,为钢结构抗火研究提供了新的思路。     

基于Monte-Carlo随机有限元的火灾可靠性研究--以混凝土简支梁为例

通过对建筑火灾的背景分析和研究现状的回顾,指出了进行建筑火灾可靠性研究的必要性.介绍了蒙特卡罗随机有限元计算的基本原理、随机数的产生办法和模拟次数的确定,最后作者采用通用有限元程序ANSYS计算了混凝土简支梁在不同温度、保护层厚度和荷载下的火灾可靠性.     

DPSD在PT二次侧检测中的应用

随着电能计量准确性要求的不断提高,以及“注入信号法”在故障选线及电容电流测量中的广泛应用,PT二次侧信号的准确检测就显得尤为重要。在PT二次侧提取信号时,传统的检测方法检测精度不高,很难满足实际应用要求。因此,提出将数字相敏检波(DPSD)应用到PT二次侧的信号检测中,该方法的优点是不仅能检测信号幅值大小,同时能检测信号的相位。此外,DPSD检测精度较高,特别适用于低信噪比(SNR)的检测场合。设计DPSD检测算法,在MATLAB/SIMULINK环境下建立仿真模型,验证在PT二次侧检测低SNR信号的效果,检测结果证明DPSD有效地抑制了电网中谐波信号和强噪声,并能准确地将感兴趣信号提取出来。     

大跨度黄土隧道CRD法优化研究

针对大跨度隧道通常采用的交叉中壁(CRD)法的工法特点,以V级围岩条件下的某大跨度黄土隧道为研究对象,采用有限元数值模拟手段,对CRD工法中各个分部的开挖形状、开挖顺序以及支护形式进行了优化研究。研究结果表明,将传统CRD法的开挖顺序调整为CRD1-CRD3-CRD2-CRD4时,隧道各步位移及初期支护内力均较原CRD法要小;当采用直线型临时支护代替曲线型临时支护时,隧道初期支护内力会有一定幅度增大,但变化幅度小于10%。优化后的CRD法可以减少工序,加快大跨度黄土隧道的施工进度,提高经济效益。     

火灾区域模型中压力方程的求解

建筑火灾区域模拟的工作核心有两部分:建立火灾发展过程中各个现象的数学模型;通过求解数学方程式得到室内压力、温度和烟气层高度等火灾参数。其中后者是进行区域模拟软件编制以及火灾风险评估的核心,尤其是压力方程的求解,因为压力是求解其它参数的前提。本文给出了压力方程的求解思路,尤其以单室火灾为例介绍了压力求解的具体方法,最后验证了结果的正确性。     

一种Timoshenko裂纹梁的静力挠度分析方法

建立了一种Timoshenko裂纹梁的分析模型并且获得了闭合形式的挠度解析解。首先,在一致梁的理论框架下,通过引入δ函数模拟裂纹导致的局部柔度,建立用广义函数表示的Timoshenko裂纹梁的微分控制方程,进而得到挠度的闭合形式的解答;其次,根据线弹性断裂力学理论,利用转角及挠度突变与局部柔度系数的关系,建立Timoshenko裂纹梁的模型参数与裂纹深度的显式表示;最后,通过对裂纹深度与挠度、转角和曲率间关系的分析,总结了结构响应的损伤敏感性及其特征,并且通过与引入裂纹奇异单元的有限元结果进行比较,验证了本文所建分析模型及求解方法的正确性。研究结果表明,本文所建立的Timoshenko裂纹梁的分析模型,具有较高的计算精度和效率,在结构模型修正和损伤识别中具有良好的应用前景。