近场强地震动模拟现状分析

在分析开展近场强地震动模拟的必要性的基础上,综述了目前近场强地震动模拟过程中常用的模拟方法、随机有限断层法的震源模型、地震辐射能量以及断层分段性的研究进展,指出了现有震源破裂模型在考虑断层破裂分段性和各子断层间相互作用方面,以及地震动模拟方法在地震矩和能量守恒方面的处理方式上存在的不足,进一步明确了近场强地震动模拟的现状以及还有待深入探讨的几个关键问题,供后续研究者借鉴与参考,以获得更为逼真的用于结构抗震计算分析的人造地震动时程。     

基于随机减量的运行模态频域分析方法

以高层建筑、大跨桥梁等难以进行人工激励的大型复杂结构为对象,提出并实现了一种基于随机减量技术和复模态指示因子函数法的新型频域运行状态模态参数识别方法.由随机运行响应估计随机减量函数,然后通过时频域变换得到频域的半功率谱密度函数,并用复模态指示因子函数法从半功率谱密度函数中识别结构模态参数.最后对1个三维空间结构模型进行算法验证,得到相应的各阶模态参数,证明了将随机减量技术和复模态指示因子函数法相结合的方法识别大型结构模态参数的有效性和合理性.     

超大型冷却塔施工全过程风荷载频域特性分析

以国内在建世界最高220 m超大型冷却塔为对象,基于大涡模拟(Large eddy simulation,LES)方法获得施工全过程冷却塔周围流场和风荷载时程,并将成塔风压分布结果与规范及实测曲线进行对比验证了数值模拟的有效性。在此基础上,对比分析了施工全过程塔筒平均与脉动风压根方差分布特性,系统对比研究了施工全过程风荷载频域特性,主要包括:典型测点风压功率谱特性、升/阻力系数功率谱、典型测点间环向相干性和升/阻力系数竖向相干性,并基于最小二乘法拟合给出随高度变化的典型测点功率谱计算公式。研究表明,施工期与成塔的脉动风荷载能量均集中在低频区,其中塔筒中部脉动风荷载在低频区能量较其他位置弱,随着施工高度的增加:脉动风荷载和层阻力系数功率谱密度函数均呈先减小后增大的趋势,升力系数功率谱在塔筒中下部谱值较大而上部较小,测点脉动风荷载环向相干性以及升/阻力系数竖向相干性均逐渐减弱。主要结论可供此类大型冷却塔施工期设计风荷载取值参考。     

基于有限测点响应的结构动态响应计算

针对结构受多点平稳随机激励的动态响应问题,将虚拟激励法结合矩阵扩阶技术,提出了一种新的结构动态响应计算方法.无需确定结构所受平稳随机激励的具体值,将有限个测试自由度的响应功率谱矩阵进行谱分解,应用虚拟激励法将平稳随机振动问题转化为一个或若干个简谐振动问题;分析虚拟简谐振动方程,将计算模型按在试验模型上所有需监测自由度的规模进行缩聚,基于矩阵扩阶技术,将有限个测试自由度的动态响应扩阶得到试验模型上所有需监测自由度的动态响应.以欧洲航空研究科技组织的基准模型--GARTEUR飞机模型为例,计算结果与仿真测试数据的拟合性好,故验证了所提算法的可行有效性.     

考虑平稳风修正和塔架干扰的风力机叶片3-D风场模拟

为准确模拟风力机纵向、横向和垂直向的3-D随机风场,以南京航空航天大学自主研发的NH1500风力机为例,首先采用考虑沿高度变化的指数模型、塔影效应影响的潜流模型和上游风机尾流影响的涡流粘度模型对平稳风进行修正。然后基于空间变化的改进Von Karman风谱模型,结合谐波叠加法模拟风力机的来流脉动风速时程,再利用改进的叶素-动量理论获得考虑叶片旋转效应和塔架-叶片相干效应的风力机纵向、横向和垂直向3-D随机风场。该方法充分考虑风力机风场模拟的外界干扰因素和自身特性,提高了风力机系统风场模拟的准确度。算例分析表明,本文方法可以准确地模拟给定风环境的风力机系统3-D风场。     

软夹层场地隔震结构动力特性试验与数值计算对比分析

基于刚性地基和软夹层地基上基础隔震结构的振动台模型试验体系,建立了刚性地基和软夹层地基土-基础隔震结构动力相互作用的等尺寸三维有限元分析模型,对比分析了两者不同地基上模型结构体系的自振频率、加速度反应和模型地基的加速度反应规律。对比分析结果表明:数值模拟计算结果和模型试验结果虽然在数值上的差距较大,但两者反应的模型在地基地震反应特征、隔震层的隔震效果和模型隔震结构的地震反应等方面的规律基本一致。也就是说,采用振动台模型试验开展土-隔震结构动力相互作用的研究在定性规律的反应上是可行的,但在定量模拟方面还存在明显的不足。     

生物组织中光场分布的有限元分析

基于对脑组织多层结构特殊性的认识,将有限元方法应用到脑组织的光场分布模拟研究中,即通过区域划分和分片插值确定基函数,并根据变分原理推导了辐射传输方程在边界条件下的泛函,进而得到每个单元的特征式和整个场的联立方程式,可求解联立方程式得到光场分布的模拟结果.最后,进一步讨论了有限元方法的合理性选择问题,给出有限元方法的适用条件是吸收系数远小于散射系数的生物组织.将此方法和蒙特卡罗方法模拟的光场分布进行比较,结果表明,有限元方法对脑组织内的光场分布模拟相当精确,同时模拟所用的时间大大缩短.     

一种新型直筒-锥段型钢结构冷却塔气动性能的LES数值分析

作为一种外形新颖的典型风敏感结构,直筒-锥段型钢结构冷却塔表面风荷载随机分布特性亟待研究。以国内拟建最高的某新型直筒-锥段型钢结构冷却塔(塔高189 m)为例,采用大涡模拟(Large eddy simulation,LES)方法对其进行风场数值模拟,获取了直筒和锥段两部分结构的外表面三维气动力时程。将平均和脉动风压系数分别与相关规范及国内外冷却塔实测及风洞试验结果进行对比,验证了数值模拟方法的有效性。进而提炼出此类直筒-锥段型钢结构冷却塔外表面平均、脉动和极值风荷载以及阻力系数等气动参数分布规律。最终给出了此类新型的直筒-锥段型钢结构冷却塔结构平均和极值风压估算公式及其分布曲线。     

网壳结构稳定性分析的改进随机缺陷法智能控制

以作者前期研究的网壳结构缺陷稳定分析的改进随机缺陷法为基础,将异常值检验、临界荷载分布规律检验、设计临界荷载的取值等与随机缺陷稳定计算程序相结合,并增加智能控制模块,实时监察临界荷载分布规律及其统计参数的变化。当计算样本容量已能够恒定反映临界荷载的分布规律时即可停止整个缺陷稳定分析过程,从而使随机缺陷稳定性分析的计算工作量尽量小。计算结果表明,程序智能控制的样本数能够恒定反映临界荷载的分布规律。改进随机缺陷法智能控制程序的开发不但节约了网壳结构随机缺陷稳定分析的样本数和计算时间,而且为计算样本数的选取提供了依据,从而可针对不同分析对象确定需要的最小样本数。     

能量持时阈值的选取分析

依据不同阈值计算得到的70%能量持时的离散性大,造成了持时特性研究结果的不一致和持时的工程应用难以推广等影响。利用5·12汶川地震记录,对比分析5%~75%和15%~85%两种阈值对应的70%能量持时的差异,并探讨两者的空间变化规律,为确定70%能量持时提供设定合理阈值的依据。分析结果表明:15%~85%阈值对应的70%能量持时包含更多的非强震持时,而5%~75%阈值对应的70%能量持时对应地震动振动最强和最具破坏力的持时;两种阈值对应的70%能量持时均表现为随断层距的增加而增加;但5%~75%阈值定义的70%能量持时随断层距变化的拟合效果较15%~85%阈值的70%能量持时好。建议在确定70%能量持时前提下,取5%~75%作为阀值。