球面托槽和传统托槽作用下口腔黏膜的生物力学研究

目的通过三维有限元分析在球面托槽以及传统托槽的作用下口腔黏膜的力学反应。方法建立上唇组织-中切牙-托槽的三维有限元模型。根据中切牙不同排列情况设计4个模拟案例,分析滑动的上唇组织分别在球面托槽以及传统托槽作用下的应力、应变情况。结果牙齿平齐时,球面托槽对口腔黏膜的最大应力较传统托槽大;切牙发生近中扭转15°、30°以及唇侧倾斜15°时,传统托槽情况下口腔黏膜最大应力均大于球面托槽最大应力。结论具有圆滑外形的球面托槽比方形传统托槽更契合牙列不齐正畸患者口腔软组织的功能运动,建议改善方形托槽的外形设计以降低口腔黏膜组织的力学反应。

基于线性定常系统等效的分数阶阻尼结构动力响应数值求解

分数阶导数是阻尼器本构模型的常用表达,相关结构动力响应的解析解答难以获得,高效时域数值求解具有重要实践意义。针对应用广泛的Riemann-Liouville型分数阶阻尼结构,引入基于多步预估-校正机制的Adams-Moulton算法计算分数阶导数,继而在各离散时刻构造等效线性定常动力系统,最终结合Newmark-β数值积分方案建立各时刻求解显式公式,实现高精度动力响应的直接快速求解。以单自由度振子受简谐荷载和单位脉冲为例,对比考察解析解、2种直接数值解法和该方法,验证该方法的高精度和稳定性。最后以多层阻尼减震结构受地震作用为例,对比考察迭代数值算法、工程近似算法和该文方法,进一步验证该方法在计算精度和计算效率上的综合优势,揭示工程应用潜力。

桥梁节段施工过程中混凝土收缩徐变效应仿真计算

在考虑结构节段施工影响的收缩徐变效应分析中,提出节段等效增量荷载的概念,将前面所有阶段的实际荷载增量对收缩徐变的影响转变为节段等效增量荷载,施加于当前阶段的有限元计算模型中;同时按混凝土龄期调整当前阶段的各混凝土单元弹性模量。基于上述处理,采用标准有限元分析,即可计算得到当前阶段考虑收缩徐变效应后的结构总反应。根据上述方法编制了相应的多阶段结构施工计算程序,用于分析一座三跨连续梁桥和一座大跨度斜拉桥,获得理想的结果,说明了该方法的有效性和可靠性。

参数灵敏度分析的神经网络方法及其工程应用

在系统分析中,参数灵敏度分析不仅为判断各系统参数的重要性大小提供了依据,量化的灵敏度指标也是后续参数估计的前提。然而,在多数实际系统中,系统参数与系统状态间的显式函数关系不易得到,导致一阶灵敏度指标无法直接求取。简化的单因素分析方法亦存在模型粗糙、精度不高的缺点。本文研究采用人工神经网络的高精度泛化映射,通过少量样本的训练,建立复杂系统中多个系统参数与系统状态间的近似映射关系,继而推导得到统一的灵敏度计算列式。简单结构的神经网络方法和解析方法的对比计算显示了方法的有效性和可靠性。最后,应用该法对某斜拉桥结构的荷载参数和刚度参数进行了考查,得到一般性结论。

非平稳随机响应灵敏度分析的时域显式法

针对非平稳激励下的结构振动问题,研究动力响应方差灵敏度的高效时域求解算法。首先推导确定性动力响应灵敏度的时域显式表达,继而结合方差灵敏度的一般计算公式,得到非平稳随机响应方差灵敏度的时域显式计算列式。该列式同样适用于平稳激励下结构瞬态响应方差灵敏度的求解。以框架结构和桁架结构分别受不同类型的非平稳激励为例,时域显示解法和其他方法的对比计算结果验证了时域显示解法的有效性。

金鳌洲塔动力测试与特性的研究

结构的动力特性是评价古塔抗震性能和损伤状态的重要指标。基于金鳌洲塔保护技术的研究,介绍了应用环境随机激振技术测试砖石古塔动力特性的要点和方案,并将测试结果与有限元分析软件Strand7计算分析的结果进行了对比,获得的试验结果是较为理想的,进一步讨论了实测结果与有限元计算结果之间的异同,并分析了原因。这些将为古塔的永久性保护、适度的开发利用及测试提供有益的参考。

框架结构屈曲的精确有限元求解

基于屈曲微分控制方程的一般解,构造了Euler梁在轴力作用下的精确形函数,建立了用于框架结构屈曲分析的精确有限单元,得到了单元刚度矩阵和几何刚度矩阵的显式表达,并提出了基于常规特征值计算的迭代算法以确定屈曲载荷及相应失稳模态的精确解。研究表明,对于线性稳定性分析而言,常规框架有限单元可视为精确有限单元的一种近似。若采用精确单元,无需进行网格细分就可以获得精确的屈曲载荷和失稳模态。数值算例证明了新单元和算法的效率和精度。

大跨度斜拉桥施工过程中的主梁节段自重识别

在大跨度斜拉桥的悬臂施工过程中 ,主梁节段自重的准确识别是保证斜拉桥结构成功修建的基础工作。本文研究从实际施工的角度出发 ,引入施工相关性的考虑 ,结合系统重构 ,建立了一套具一般意义的针对主梁节段自重参数识别问题的递进识别算法。崖门大桥的实桥计算表明 ,通过考虑实际施工中的相关信息 ,该算法不仅能对主梁节段自重进行有效的识别 ,还具有良好的预测功能 。

环境激励下结构模态辨识的识别概率直方图方法研究

在环境激励下辨识结构模态时,系统阶次作为关键计算参数不易准确判定,通常采用基于假设系统阶次的稳定图方法来辅助进行,但其中稳定轴的判定较为主观,容易遗漏真实模态及引入虚假模态。基于数据挖掘技术,提出识别概率直方图(Identification-probability Histogram,IpHist)的新方法,对不同假设系统阶次下通过随机子空间识别得到的多组备选模态,根据频率容差和模态置信度容差准则进行一致性聚类,继而计算群组聚类结果的识别概率,并绘制相应的识别概率直方图,最后选取识别概率大的结果作为结构模态结果。通过IASC-ASCE结构健康监测工作组提供的4层框架Benchmark模型算例,阐述了所提IpHist方法在环境激励下辨识结构模态的有效性,显示了方法较强的抗噪能力。

复杂立交系统的有限元建模与抗震分析

广园东路是广州市东西方向重要的交通主干道 ,禺东西立交系统是广园东路的重要组成部分和广州东北方向的重要交通枢纽。以禺东西立交系统的抗震分析为例 ,介绍复杂立交系统的模型设计、动力特性及三地震水准下的结构反应时程分析 。

基于频谱能量形态拟合的加速度积分方法研究

针对带噪加速度信号的积分问题,提出一种基于频谱能量形态拟合的频域积分新方法,定义为有效频段法。假设峰值主频临近区域的频谱曲线符合高斯函数分布,根据该区域内带噪信号的累积能量变化,拟合得到相关高斯函数的参数,从而根据三倍标准差原则确定主频有效信息的分布范围,进而通过有效频段内的频域积分和傅里叶逆变换,得到相应的速度和位移信号;最后,通过数值模拟算例,考察有效频段法在多频简谐激励和随机激励下的积分效果,并与传统频域积分方法进行对比。结果表明,相对于传统频域积分方法,有效频段法可以实现积分频段的自动确定,能得到简谐激励下更高的积分精度和随机激励下稳定且良好的积分精度,抗噪性能更强。

结构施工过程中节段参数的连续识别

通过考虑施工因素的相关性,将随机结构分析的概念引入结构施工过程的节段参数识别中。再考虑施工过程中结构体系不断变化的特点,进行系统重构,将节段参数的相关信息引入识别过程。最后根据最大后验概率的参数估计准则,推导得到了对多个节段参数的均值和方差进行连续识别的递进估计算法。数值算例的结果显示,通过考虑实际施工中的相关信息,本文方法对结构施工过程中的节段参数不仅能进行有效的识别,还具有良好的预测功能,可对施工过程控制进行指导。

模态辨识中随机减量技术的实用改进

针对模态辨识实践中的随机减量加速度特征信号奇异值问题和结构实模态提取问题,提出相应的特征信号截断方法和最小距离法,改善结构模态辨识效果。首先,分析随机减量加速度特征信号的奇异值产生原因,提出特征信号截断方法,用于后续Ibrahim时域处理;其次,通过优化模型建立最小距离法的计算公式,便于从辨识所得复模态中提取结构实模态;最后,通过数值算例和结构模型实验,验证所提方法的可行性。结果表明:随机减量加速度特征信号的有效截断比例可取为1/200~1/50;最小距离法适用于各种类型响应下的结构实模态提取,抗噪能力强。

土壤电阻率影响因素分析及NAPLs污染土壤电阻率特征初探

考虑影响土壤电阻率的因素很多,通过室内实验主要分析了土壤含水饱和度、土壤颗粒组成、NAPLs污染物种类以及含量等与土壤电阻率之间的相关关系以及变化趋势。实验结果表明:土壤电阻率随着含水饱和度的增加逐渐降低,粘粒含量越多电阻率越低,且随着NAPLs污染物含量增加土壤电阻呈指数形势上升。以期为今后利用电阻率法快速调查土壤污染问题提供参考与借鉴。

一种基于识别概率直方图的随机减量改进技术

在采用随机减量技术进行工作模态分析过程中,触发条件和参考通道通常需要人为指定。受实际环境和测量误差等的影响,单一触发条件和特定参考通道导致模态辨识结果具有一定的偶然性。结合基于数据挖掘的识别概率直方图方法,对传统随机减量技术进行了改进。在遍历参考通道和多次触发取值的情况下获得多个结构模态辨识结果,并根据频率容差和模态置信度容差准则进行一致性聚类,继而绘制相应的识别概率直方图,最终选取识别概率大的聚类结果作为结构模态结果。通过结构算例和模型实验,显示了基于识别概率直方图的随机减量改进技术的有效性和抗噪性。

基于加速度响应监测的桥址地震动辨识研究

在桥梁结构的健康监测实践中,利用结构动态响应进行桥址地震动辨识,对于结构安全评估具有重要意义。根据桥址场地特征,确定非平稳地震动模型和相关方差函数。建立地震动辨识问题的数学模型,基于极大似然估计原理推导得到实际地震动时程的递进识别算法,其中加速度响应的灵敏度对应离散化的脉冲响应函数。以某三跨刚构桥受横向地震为数值算例,从传感器数量与观测噪声影响两方面,考察方法辨识效果。结果表明,辨识方法对传感器数量要求不高,抗噪性能好。开展结构模型振动台试验,进一步检验了方法效果。

预应力混凝土锚固区承压能力的研究

在试验数据的基础上,分析了承压板厚度和间接钢筋配置的形式、位置及数量对后张拉预应力混凝土锚固区局部承压受力性能的影响。

崖门大桥主梁牵索挂篮施工模拟计算

准确细致的施工过程仿真计算是大跨度混凝土斜拉桥施工监控的关键问题之一,它可以为大桥各阶段的施工监控提供理论依据。根据崖门大桥主梁施工工艺的特点,建立了牵索挂篮施工模拟计算的流程,并对牵索方案的选择以及主梁立模标高的确定等问题进行了探讨。在此基础上,给出了崖门大桥主梁的施工流程及其计算结果。

粘滞阻尼器减震结构非线性随机振动的时域显式降维迭代随机模拟法

粘滞阻尼器在大型复杂结构减震设计中应用广泛。由于粘滞阻尼器的非线性阻尼力特性,粘滞阻尼器减震结构非平稳随机地震反应分析是一个典型的局部非线性随机振动问题。利用减震结构动力响应时域显式表达式的降维列式优势,仅针对与粘滞阻尼器相关的局部自由度进行非线性迭代计算,提出了局部非线性随机振动问题的时域显式降维迭代随机模拟法,为设置粘滞阻尼器的大型复杂减震结构非线性地震反应分析提供一种高效的随机振动方法。以安装了四个纵桥向粘滞阻尼器的某主跨1200m悬索桥为工程实例,开展E2水准地震激励下的非线性随机振动分析。计算结果显示,设置阻尼器后,主梁的纵桥向位移得到明显控制,降幅达到80%,大桥的关键截面内力也有5%左右的降幅。

随机结构数值模拟分析的神经网络法

在随机结构分析中,蒙特卡洛方法作为随机数值模拟方法,为问题提供了最为直观和精确的解答,但计算量大、效率低下的缺点大大降低了方法的实用性。研究在蒙特卡洛方法中引入人工神经网络,仅进行少量确定性分析,训练后即可模拟确定性有限元求解器,用神经网络的快速泛化映射取代蒙特卡洛法中的大量确定性有限元分析。算例结果显示,提出的蒙特卡洛-神经网络法可将蒙特卡洛法的计算效率提高几十至一百倍,计算精度令人满意,是一种有潜力的随机结构实用分析方法。