刚架结构物理参数的随机性对其非平稳随机响应的影响

文中研究了随机刚架结构的非平稳随机响应问题.考虑结构在非平稳随机激励下其物理参数的随机性,从结构非平稳随机响应的表达式出发,利用求解随机变量函数矩的方法和求解随机变量数字特征的代数综合法,导出了结构位移响应均方值和应力响应均方值的均值、方差和变异系数的计算表达式.通过算例,考察了结构物理参数的随机性对结构动力响应均方值随机性的影响,获得了若干有意义的结论.     

随机刚架结构在平稳随机激励下的动力响应分析

文中研究了随机刚架结构的平稳随机响应问题。考虑结构物理参数的随机性，导出了结构在平稳随机激励下位移响应均方值和应力响应均方值的均值、方差和变异系数的计算表达式。通过算例考察了结构物理参数的随机性对结构动力响应均方值随机性的影响，并获得了若干有意义的结论。     

模糊随机桁架结构在模糊随机激励下的动力响应

研究了模糊随机参数桁架结构在模糊随机荷载激励下的复合模糊随机振动动力响应的问题。同时考虑结构的物理参数、几何尺寸和外载荷幅值的模糊随机性,从Duham e l积分式出发,利用振型迭加法求出了结构动力响应模糊随机变量的表达式;再由随机函数的矩法推导出结构模糊随机动力响应的模糊数字特征。最后,通过算例考察了结构参数和作用荷载的模糊随机性对结构动力响应的影响,并用M on te C arlo数值法对算例进行模拟,验证了文中模型和分析方法是可行有效的。     

随机参数结构在随机荷载激励下的动力响应分析

研究了基于概率的工程结构动力响应分析方法.利用振型迭加法导出了结构物理参数和作用荷载幅值同时具有随机性时结构动力响应随机变量的数字特征计算表达式,并提出了求解方法.通过算例考察了结构物理参数和作用荷载的随机性对结构动力响应的影响,表明文中提出的计算模型和方法是正确与可行的.     

随机车轮不圆顺及车辆参数对轨道频域振动响应影响分析

列车引起轨道振动响应受车辆参数及车轮养护维修状态差异等因素影响,短时间内不同地铁列车通过某一固定测试断面引起的振动响应呈现显著的不确定性,且在频域内不同频段的离散特征差异明显。为研究车轮不圆顺及车辆参数随机性对轨道振动响应的影响,以不同运营里程地铁列车车轮不圆顺实测样本为基础,构建了随机车轮不圆顺谱;测量了某地铁隧道区间轨道动态不平顺、钢轨表面粗糙度及轨道垂向振动响应;基于车-轨耦合频域解析模型,采用随机模拟法计算了随机车辆参数及随机车轮不圆顺联合作用下的轨道频域振动响应。研究发现:采用实测车轮不圆顺耦合轨道不平顺作为激励,计算获得频域轨道振动响应与测试值吻合良好,8 Hz～200 Hz的平均绝对百分比误差为2.4%;随机车辆参数、随机车轮不圆顺耦合实测轨道不平顺作用下,8 Hz以下的振动响应未出现显著的离散;16 Hz以上的振动加速度级离散明显,并均呈现正偏态分布特征;63 Hz以上频段分频振动加速度级离散超过20 dB。     

参数不确定性估计的随机响应面模型修正方法EI北大核心CSCD

正确估计实际工程结构中参数和响应不确定性的大小,能有效提高分析结果的可靠性。首先基于概率配点法和回归分析建立随机响应面模型,以表述不确定性参数与响应间复杂的隐式函数关系,快速估计响应的统计特征值;然后提出一种两阶段修正策略,分步修正参数的均值和标准差,以简化随机修正过程、提高修正效率;最后基于一组55块钢板的实测频率均值和标准差,估计钢板厚度和材料参数的统计特征值,验证方法的可行性和可靠性。     

具有随机路径的振动传递路径系统的随机响应分析

基于Kronecker代数、矩阵微分理论、向量值和矩阵值函数的二阶矩技术、矩阵摄动理论和概率统计方法,实用有效地提出了时域内振动传递路径系统的随机响应分析方法。在考虑传递路径参数,包括质量、阻尼、刚度、位置参数不确定性的条件下,对振动传递路径系统的随机响应问题进行了理论分析和数值计算,给出了系统随机振动响应的一阶矩和二阶矩的一般数学表达式,据此可以考虑工程实际中大量的传递系统中固有的不确定性,以便为解决不确定振动传递路径系统的问题提供有效方便的途径。通过算例表明,该法数值分析结果与Monte Carlo随机模拟结果比较,具有理想的精度。     

基于神经网络模型的结构参数提取新方法

参数识别是结构健康监测、性能评估的关键问题之一。作为一种代表性的动力系统时域参数化模型方法,自回归滑动平均(Auto-regressive and moving average,ARMA)模型在机械和土木工程结构的参数识别中得到了广泛应用;另一方面,尽管一般而言神经网络模型的权重和阈值并不需要具备明确的物理意义,但由于神经网络具有描述复杂函数关系的能力,作为一种非参数化模型方法在结构动力系统的建模和控制领域发挥重要作用。该文首先通过结构运动平衡方程的离散时间解,证明了非参数化神经网络模型与ARMA模型在描述线性结构动力系统的响应时间序列上的等效性,在此基础上,提出了一种从结构的非参数化神经网络模型中抽取结构物理参数的新方法。通过一个多自由度系统的数值模拟结果和一个四层钢框架模型的动力试验实测数据验证了所提出的结构参数抽取方法的有效性。     

随机激励下随机结构动力可靠性灵敏度分析

对于随机激励下随机结构动力可靠性的灵敏度分析问题,在加权非线性响应面法的基础之上建立了随机结构动力可靠性灵敏度分析方法.所提方法从随机结构无条件动力可靠度的表达式出发,首先将随机结构的动力可靠性分析问题转化成传统的静力可靠性分析问题,然后采用基于加权非线性响应面法的Monte-Carlo可靠性灵敏度分析方法求解动力可靠性灵敏度值.算例表明该方法的计算结果是合理的,并且由于加权非线性法具有较高的效率和精度,因而所提方法具有一定的工程意义.     

随机结构在随机载荷下的动力可靠度分析

提出了综合考虑动载荷和结构参数双重随机性的动力可靠度分析方法。首先基于随机振动的首次超越破坏准则,参照随机变量功能函数模式,建立了随机结构动力可靠度功能函数;然后引入序列响应面法,对功能函数进行拟合;最后用JC法求解可靠指标。算例分析验证了本文方法具有较好的计算精度和计算效率,尤其在复杂工程结构的动力可靠度分析中有广阔的应用前景。     

Random dynamic analysis of a train-bridge coupled system involving random system parameters based on probability density evolution method

The development of high-speed railway has made it important to clarify the influence of random system parameters (i.e. vehicle load, elastic modulus, damping ratio, and mass density of bridge) on train-bridge dynamic interactions. The probability density evolution method (PDEM), a newly developed theory which is applicable to train-bridge systems, can capture instantaneous probability density functions of dynamic responses. In this study, PDEM is employed to implement random dynamic analysis of a 3D train-bridge system subjected to random system parameters. The number theory method (NTM) is employed to choose the representative point sets of random parameters, whose initial probability distribution is divided by Voronoi cells., MATLAB® software is prepared for calculation, the Newmark-β integration method and the bilateral difference method of TVD (total variation diminishing) are adopted for solution. A case study is presented in which the train travels on a three-span simply supported high-speed railway bridge. The calculation accuracy and computational efficiency of the PDEM has been verified and some conclusions are provided. Furthermore, the influence of train speed under various combinations of random parameters is beyond discuss.     

新型双足模型下结构动力响应分析

基于考虑人体动力特性的新型双足模型,采用Lagrange方程建立了步行过程中人与结构相互作用系统运动方程。研究了人与结构各自的动力响应及其之间相互作用,并通过对比说明了新型双足模型反映的人体动力特性对结构振动的影响。结果表明：人与结构相互作用增大结构动力响应;行人经过结构各阶模态振型波峰时,结构各阶模态频率和阻尼比分别达到最小值和最大值。     

A random parameters probit model of urban and rural intersection crashes

Intersections are hazardous locations and many studies have been conducted to identify the factors contributing to the frequency and severity of intersection crashes. However, little attention has been devoted to investigating the differences between crashes at urban and rural intersections, which have different road, traffic and environmental characteristics. By applying a random parameters probit model to the data from the Canadian Province of Alberta between 2008 and 2012, we find that urban intersection crashes are more likely to be associated with hit and run behaviours, roads with higher traffic volume, wet surfaces, four lanes and skewed intersections, and crashes on weekdays and off-peak hours, whereas rural crashes are likely to be associated with increases in fatalities and injuries, roads with higher speed limits, special road features, exit and entrance terminals, gravel, curvature and two lanes, crashes during weekends, peak hours and night-time, run-off-road crashes, and police visit to crash scene. Hence, road safety professionals in urban and rural areas should consider these differences when designing and implementing counter-measures to improve intersection safety, especially their safety audits and reviews, enforcement activities and education campaigns, to target the more vulnerable times and locations in the different areas.     

基于杆系模型的磁流变阻尼结构弹塑性动力反应分析

磁流变阻尼器(MRD)是一种性能优越的半主动控制装置。首先推导了设置有MRD框架结构中MRD的位置矩阵,然后将框架结构简化为杆系模型,用MATLAB编制了加入MRD的框架结构的弹塑性动力时程分析程序,分别计算并对比了框架结构在未控和有控下各层的位移、加速度响应和各杆端塑性铰分布情况。结果表明,设置MRD的框架结构各层位移和加速度响应显著减小,其中位移的减震效果优于加速度的减震效果,同时杆件屈服数量相应减少。     

基于社会力模型的人群-桥梁竖向动力耦合效应研究

针对越来越多的轻质柔性人行桥在随机人群荷载作用下的结构振动问题,为了能够获得更为真实、精细的振动响应,建立考虑人群-结构相互作用的随机人群荷载模型尤为重要。首先利用移动弹簧-质量-阻尼模型模拟单人的动力学行为,并基于社会力模型,建立人群的随机运动模型,进而建立考虑人群-结构耦合振动的随机人群荷载模型。根据任意时刻人行桥和随机人群动力平衡,建立随机人群-人行桥耦合振动的控制方程。利用状态空间法求解人行桥动力参数随随机人群运动的变化情况,利用振型分解法求解耦合振动控制方程,探讨考虑人群-结构耦合振动的随机人群荷载对人行桥模态以及振动响应的影响。分析结果表明耦合系统模态变化量随着人数增加而增加。行人随机性与人群-结构相互作用对轻质结构的竖向动力响应影响很大,故在计算轻质结构振动响应时不可忽略。相比于加速度峰值,均方根加速度能够弱化随机波动的干扰作用,因此也采用了1-s均方根加速度更合理地衡量了结构的振动响应。     

基于叠加模型的橡胶元件动态特性分析

基于模型叠加理论,针对橡胶元件的动态特性开展研究。采用时间—步长法,在MATLAB中建立了一维多参数橡胶叠加本构模型。模型由弹性单元、黏弹单元和弹塑单元并联构成。黏弹单元采用Able黏壶,用于表征橡胶元件的频率依赖性;弹塑单元采用多线性理想弹塑模型,用于表征橡胶元件的振幅依赖性。对比测试结果表明:在计算谐波激励下橡胶弹簧的受力时,力—位移迟滞曲线的计算结果与测试数据能很好地吻合,刚度频率振幅依赖性和阻尼频率依赖性能被较好的表征。在计算随机激励下橡胶隔振器的受力时,高频激励下的计算结果与测试数据能较好地吻合,低频激励下有一定程度的偏差,但计算精度在工程可接受范围之内。提出的叠加模型能较好的表征橡胶元件的动态特性,能够提高动力学模型的准确性。     

Analysis and optimization of clutch judder based on a hybrid uncertain model with random and interval variables

Clutch judder has serious impacts on the noise, vibration and harshness performance. In this article, a simplified dynamic model with nonlinear friction torque is developed to simulate clutch judder, and the stability and dynamic response of the clutch are analysed. The real part of the judder modal eigenvalue, the moment when the clutch enters the stick state and the fluctuation level of the driving part of the clutch are treated as the evaluation indices. An uncertain hybrid model with random and interval variables is used to describe the uncertainty of parameters and a hybrid perturbation vertex method is formulated to compute the uncertainty. Furthermore, parameters with high sensitivities are used as design variables and uncertainty-based optimization is conducted to reduce clutch judder. The optimization results strongly validate that the proposed method is very effective in improving the robustness of the clutch judder performance.     

考虑附加质量的旋转柔性梁的随机动力学分析

摘要：研究了带有附加质量的中心刚体-柔性悬臂梁系统在参数具有随机性时作大范围运动的动力响应问题。基于假设模态法和Lagrange方程建立了带有附加质量的中心刚体-柔性悬臂梁系统的一次近似耦合随机动力学方程,利用混沌多项式结合高效回归法将其转化为完全隐式纯微分方程,求解方程得到柔性悬臂梁变形位移响应的数字特征。最后,通过数值仿真对物理参数和几何参数具有随机性的系统进行动力特性研究。仿真结果表明：利用随机参数的动力学模型能客观地反映出系统的动力学行为;部分随机参数的分散性对柔性体动力响应的影响不可忽视。     

粘弹性复合材料夹芯板的稳态响应分析

芯材采用Kelvin粘弹性本构模型,推导了复合材料夹芯板的动力学方程,运用模态正交原理,以Navier完备解形式求解了四边简支正交对称铺层层合板的稳态响应,并给出了固有频率和结构损耗因子的解析解。通过固有频率的有限元解对比验证了数值计算的可靠性。分析了芯材剪切模量和芯材厚度对结构固有频率和损耗因子的影响。探讨了稳态响应的收敛性,并得到结构稳态响应振幅与频率的关系,分析了芯材损耗因子对结构稳态响应的影响。结果表明：芯材剪切模量存在最佳设计值;结构首阶模态特性主导结构的稳态动态响应。     

基于频响函数辨识机械结合部动态参数的研究

摘要：进行机械结构的动力分析与动态优化设计时,为获得比较准确的结构边界条件,结合部参数辨识成为其中一项关键技术。结合工程实际,应用频响函数辨识结合部刚度与阻尼参数的方法进行参数识别,对能否获取完备频响函数进行了研究,并作出相应的求解策略。该方法避开了对频响函数直接求逆,运用最小二乘原理将矛盾方程转化为定解方程,保证了数值计算的稳定。一般情况下,结合部处绝对阻尼值要远远小于绝对刚度值,为了更准确地辨识出阻尼值,需采用对阻尼进行二次辨识。该方法具有一定的工程实用价值,而且辨识过程简单。算例证实了该方法具有很高的辨识精度。