大跨空间结构连续倒塌分析若干问题探讨

为了能利用变换荷载路径法(AP法)分析大跨空间结构抗连续性倒塌性能,在提出了一种AP法中移除构件确定方法的基础上,对连续性倒塌过程中失效构件的模拟方法进行了研究,提出了考虑初始状态的等效荷载瞬时卸载法,该方法可在一个计算过程中同时模拟构件失效前整体结构的初始状态和构件的后续突然失效过程。算例分析表明,该方法可以很好的考虑结构的初始状态及动力效应。然后针对网架结构体系,讨论了利用AP法中静力分析方法的荷载动力放大系数(DIF)。分析结果表明:该文算例空间网架结构的DIF均小于2.0,但是在长边中柱和角柱失效时,其值较为接近2.0。该文最后讨论了大跨空间结构连续倒塌的判断准则。     

动态载荷辨识问题的正则化求解新方法

Tikhonov正则化方法是求解载荷辨识问题的有效方法,正则化参数的确定是影响求解准确性的关键问题。提出了一种新方法——虚拟载荷法,以虚拟载荷向量的范数最小作为正则化参数确定准则,将载荷辨识问题转化为单参数优化问题,用一维搜索法求得最优解。通过将法方程的系数矩阵预先进行三对角化,建立了高效的求解算法。通过两个数值算例对新方法进行了检验,结果表明新的参数确定准则是有效的,基于该准则得到的载荷辨识结果具有满意的精度。     

基于统计信息的多体系统区间不确定性分析

构造了一种区间方法分析机械系统多体动力学动态不确定性问题,该方法将系统中的输入不确定性参数用参数上界和下界构造的区间描述,无需概率分布信息。为有效抑制在动态分析过程中由于"包裹效应"导致的输出参数区间逐渐放大问题,采用极大极小距离拉丁超立方采样(LHS)方法对输入参数进行采样,通过Bootstrap方法统计获得输出参数的前四阶统计矩,并采用极大熵方法获得输出参数的分布函数,进而根据分布函数通过泰勒展开估计出输出参数的区间。算例1表明该研究能够在较少样本的情况下获得有效的输出参数区间,并通过两个典型的机械系统动态不确定性问题验证了该方法的有效性,并将该方法应用于一个具体的工程算例。     

比例最小均方/四阶算法及其在系统辨识中的应用

针对非高斯噪声环境下稀疏系统参数辨识问题,提出一种基于比例更新机制的最小均方/四阶(LMS/F)自适应滤波算法(PLMS/F)。该方法以混合均方/四阶准则(MS/FE)为代价函数,其包含了误差的高阶项,具有解决非高斯噪声问题的优势。引入比例更新机制,从而可根据算法当前时刻权重变化特征来调整各权重参数的步长,因此具有良好的跟踪性能。使用梯度下降法设计了阈值参数自适应更新机制以进一步改进算法稳态性能。此外,分析了所提算法的平均和均方收敛性。应用具有稀疏特征的FIR系统参数模型对所提算法实现了在非高斯噪声环境中的参数辨识。仿真实验结果表明,该算法可以有效辨识模型参数,且具有较低的稳态误差和强的鲁棒性。     

一种基于兼容度的组合评估方法

分析了单一评估方法的局限性，基于兼容度准则提出一种将综合指数法和功效评分法等常用评估方法组合而成的一种综合评估方法，采用该方法对潜艇声纳的作战性能进行了评估分析，算例分析表明，该方法对于提高评估结果的可信性具有明显的作用．     

裂纹扩展过程模拟的无网格MSLS方法

采用一种新提出的无网格MSLS方法来进行裂纹扩展过程的模拟分析,该方法的插值函数具有Kronecker delta属性,能够方便准确地施加本质边界条件,且其计算和求导过程相对滑动最小二乘(MLS)插值更为简单,克服了其它无网格方法的一些主要困难,适合于裂纹扩展等网格畸变和网格移动等问题的分析模拟。该文中采用围线积分法计算裂纹的应力强度因子,用最大周向应力理论来建立复合裂纹的断裂准则,数值算例表明了该文理论和方法的正确性与可行性。     

油井套管中测斜仪方位角精确解算方法

本文提出了一种基于牛顿迭代法的方位角解算方法,该方法解决了钻井姿态测量过程中铁磁性套管的磁化作用导致方位角解算不准确的问题.在分析了磁测斜仪环境磁场和建立磁性套管磁干扰模型的基础上提出了利用牛顿迭代法解算钻具方位角和套管干扰磁场模型参数.同时利用误差传递原理对影响方位角解算精度的因素进行了分析.最后针对该方法进行了一系列的仿真验证,仿真结果表明:相比于传统解算算法,该方法能够更准确地解算出钻井的方位角.同时,当外界条件一定时,方位角误差主要受顶角θ的影响,当θ=arctan(tanIcosφ)时,误差最大,所以在实际测量过程中可以通过尽量避免θ=arctan(tanIcosφ)来减小误差.     

抗震结构模糊随机动力可靠性分析

本文对在考虑地震烈度和场地土分类的模糊性的基础上所建立的含模糊参数的地震地面运动随机过程模型,采用分步等效线性化及状态方程法,求出了结构模糊随机变形和能量反应的统计矩;基于单参数(变形或能量)及双参数(变形和能量)的模糊破坏准则,分析了抗震结构的模糊随机动力可靠性。最后给出了两个自由度结构的数值算例,表明双参数准则更为合理和安全。     

基于改进渐进结构优化方法的结构动力优化研究

在对渐进结构优化方法基本理论分析基础上,根据结构动力学的拓扑优化特点,结合尺寸优化理论,提出了一种新的删除准则。探索了一种改进型渐进结构优化方法,并叙述基本的优化步骤。最后,融入了质量、应力、位移以及频率等动力学约束条件参数,运用该方法进行谐激励力作用下的板结构动力响应拓扑优化。算例表明,改进渐进结构优化方法对结构动力学拓扑优化问题具有一定的适用性,拓展了基本渐进结构优化方法的应用范围。     

时滞光电跟踪系统鲁棒内模PID控制器设计

针对时滞光电跟踪提出了一种内模PID(IMC-PID)控制器设计与参数整定的解析方法.首先建立了系统的一阶时滞积分(FODI)模型,并用二阶加时滞(SOPDT)模型进行逼近,然后利用一阶Taylor表达式代替系统模型中的时滞项,导出了控制器参数的整定规则.特别是为了保证系统的鲁棒性,可以根据最大灵敏度解析计算内模PID控制器的可调参数λ_n.仿真结果表明,与常规方法相比,所提方法不仅提供了较好的设定值跟踪和扰动抑制特性,而且对于系统参数摄动具有更好的鲁棒性.另外,实验结果也证实了该方法能够提高系统跟踪性能和跟踪精度.     

弹性基础上矩形板热后屈曲分析

本文给出双参数弹性基础上矩形板在均匀和非均匀（抛物型）热分布作用下后屈曲分析。采用摄动－Ｇａｌｅｒｋｉｎ混合法给出完善和非完善矩形板热屈曲载荷和热后屈曲平衡路径。本文同时给出数值算例并讨论各种参数变化的影响。     

Geometric nonlinear analysis of plates and cylindrical shells via a linearly conforming radial point interpolation method

In this paper, the linearly conforming radial point interpolation method is extended for geometric nonlinear analysis of plates and cylindrical shells. The Sander’s nonlinear shell theory is utilized and the arc-length technique is implemented in conjunction with the modified Newton–Raphson method to solve the nonlinear equilibrium equations. The radial and polynomial basis functions are employed to construct the shape functions with Delta function property using a set of arbitrarily distributed nodes in local support domains. Besides the conventional nodal integration, a stabilized conforming nodal integration is applied to restore the conformability and to improve the accuracy of solutions. Small rotations and deformations, as well as finite strains, are assumed for the present formulation. Comparisons of present solutions are made with the results reported in the literature and good agreements are obtained. The numerical examples have demonstrated that the present approach, combined with arc-length method, is quite effective in tracing the load-deflection paths of snap-through and snap-back phenomena in shell problems.     

复合材料加筋结构后屈曲的自开发程序

针对复合材料层合加筋结构的后屈曲问题,开发出自编Fortran程序,并嵌入Patran进行前后处理。采用该程序计算出线性屈曲模态,将其作为后屈曲非线性计算的初始挠度;采用增量迭代技术、弧长控制及能量收敛准则求解非线性方程;最后引入复合材料Tsai-Hill失效准则,对单元的损伤进行判断及刚度折减。采用复合材料加筋板的压缩试验对该系统进行初步验证。针对不同加载方式、选材及结构型式的机翼盒段,利用该系统进行后屈曲计算和分析,数值结果与试验数据吻合较好。     

各向异性中厚度板壳的弹塑性大变形分析

本文提出了一个解各向异性中厚度板壳弹塑性大变形问题的一般有限元方法。几何非线性的描述采用Ｖ．Ｋａｒｍａｎ的位移应变关系；材料的弹塑性分析采用Ｈｉｌｌ推广的Ｈｕｂｅｒ－Ｍｉｓｅｓ屈服准则；借用Ｏｗｅｎ的剪切修正系数，正确计及了叠层复合材料壳体的横向剪切效应。特别是本文利用插值外推的思想，提出了一个带预测的弧长增量控制法，显著提高了计算塑性大变形和后屈曲路径的效率。几个数值算例表明本文给出的有限元方法对于各种各向异性壳体的弹塑性大变形分析有较好的精度。     

“依赖应变历史材料”结构动力松弛法静力分析中规避虚假应变历史的非线性弹性增量算法

针对SHDM结构（由依赖应变历史材料制成的结构）有限元非线性静力平衡方程组动力松弛法（DRM）迭代求解时的积分点应力更新步骤,提出非线性弹性增量算法,即在一个静力增量步内固定材料的加卸载路径,使之在该增量步内成为非线性弹性材料。该应力更新算法能使包括收敛解在内的迭代序列中不含虚假应变历史。此外,该算法还可避免静力解答精度依赖于静力增量步长的局限性。通过三个SHDM结构的数值试验对该算法进行了验证。该算法可望对SHDM结构非线性有限元静力问题DRM分析技术的发展起促进作用。     

考虑翘曲效应的薄壁曲梁几何非线性分析

利用UL法研究了开口薄壁曲线梁几何非线性分析问题。采用多项式插值函数表示位移场。考虑了翘曲自由度及曲率效应模拟开口薄壁曲梁的结构行为。所有位移参数定义于截面形心以便在弹性应变能中包括弯扭耦合项。利用修正的弧长法求解非线性方程,跟踪荷载位移曲线。用算例对提出的方法进行了验证,表明了薄壁曲梁的分析中翘曲变形不可忽略。     

A survey of quasi-Newton methods with reduced storage

A family of non-linear solution methods is investigated based on limited-memory quasi-Newton updates. Depending upon the number of updates and the updating formula, a number of solution schemes may be constructed such as the conjugate- and secant-Newton methods, the conventional and modified Newton-Raphson methods and a variety of quasi-Newton updates. Under the proposed implementation, the preconditioned truncated Lanczos method is used for the solution of the linearized problem in each non-linear iteration. The complete factorization of the stiffness matrix is avoided and large-scale problems can be solved efficiently both in terms of computing time and storage. The non-linear iterative scheme is properly modified to account for loading variation inside the increment in order to be able to trace post-critical equilibrium paths.     

A new yield surface distortion model based on Baltov and Sawczuk’s model

In the present study, a new distortion yield surface model is proposed to represent compatible results with experimental observations. The proposed yield surface model is determined numerically during tension–torsion loadings by considering a kinematic hardening model and monotonic loading paths. The experimental results of yield surface determination (Khan et al. in Int J Plast 26:1432–1441, 2010; Naghdi et al. in ASME J. Appl Mech 25:201–209, 1957) represent the nosed and flattened regions in the loading and reverse loading directions, respectively. But, the Baltov and Sawczuk’s yield surface model can only predict nosed or flattened shape in both loading and reversed loading directions, depending on the sign of their model constant. Thus, the elliptic Baltov and Sawczuk’s yield surface is modified by changing the sign of this parameter continuously from loading to reverse loading direction. Relations and convexity of the new model are obtained and discussed. The new model is able to predict properly the shape of the yield surface. The experimental results are in a satisfactory agreement with the new yield surface distortion model predictions.     

Thermal Postbuckling Analysis of Imperfect Reissner-Mindlin Plates on Softening Nonlinear Elastic Foundations

A thermal postbuckling analysis is presented for a simply supported, moderately thick rectangular plate subjected to uniform or nonuniform tent-like temperature loading and resting on a softening nonlinear elastic foundation. The initial geometrical imperfection of the plate is taken into account. The formulations are based on the Reissner-Mindlin plate theory considering the first-order shear-deformation effect, and including plate-foundation interaction and thermal effects. The analysis uses a deflection-type perturbation technique to determine the thermal buckling loads and postbuckling equilibrium paths. Numerical examples are presented that relate to the performances of perfect and imperfect, moderately thick plates resting on softening nonlinear elastic foundations. The effects played by foundation stiffness, transverse shear deformation, plate aspect ratio, thermal load ratio and initial geometrical imperfections are studied. Typical results are presented in dimensionless graphical form and exhibit interesting imperfection sensitivity.