空间桁架结构特征响应信息对模型修正的影响机理分析

实测的结构响应特征信息是有限元模型修正的基础。由于土木工程结构体型巨大和服役环境复杂,使得结构现场测试难度大、成本高和测试信息有限,因此,合理和高效地利用这些来之不易的有限测量信息,以最小的代价实现对有限元分析模型的有效修正,意义重大。从数学问题求解的角度分析结构模型修正,通过一个空间桁架的数值仿真,研究结构特征信息量大小和类型对模型修正的影响,揭示结构特征信息对模型修正的影响机理和规律。基于设计和建立的实验室空间桁架模型的标准试验和损伤试验,开展了基于实测数据的桁架结构模型修正,验证了结论的准确性和可靠性。对如何充分利用有限的结构特征信息对有限元模型进行高效和可靠的修正,提出了一些有价值的参考建议。

改进的基于模态参数的结构计算模型修正算法

对基于模态参数的结构计算模型修正算法而言;实验振型扩充是一个必要环节。由于修正问题需要迭代求解,所以以往算法用于振型扩充的系统矩阵一般都来自于上一迭代过程,导致系统矩阵误差传递给用作修正参考值的扩充实验振型,滞缓了迭代收敛速度。针对这一问题,提出一种改进算法,通过给扩充后的振型矩阵添加一个修正项来减小因系统矩阵不精确而导致的扩充振型误差,振型修正项与待修正参数之间的相关关系由求解一个最小化系统特征方程和振型误差的优化问题获得。算例研究表明,改进的算法可以提高修正的收敛速度,且迭代收敛曲线更趋平滑。

基于模态综合技术的结构有限元模型修正

由于结构的动力分析需要大量的计算时间和占用大量的计算机内存,常规的数值迭代计算方法难以实现,提出了基于模态综合技术的模型修正方法。该方法首先得到缩减后结构模型的频率与振型,并将该振型转换为缩减前模型物理坐标下的振型。然后,用缩减后模型的频率和转换后的振型,共同构成模型修正的优化目标函数,进而通过优化求解实现结构的模型修正。该方法既保证了计算精度又提高了模型修正的计算效率,使大型复杂结构的模型修正成为可能。最后,对某吊杆拱桥模型进行了动态测试和模型修正,验证了该算法的有效性。

洞桩法地铁车站施工力学行为及其修正荷载-结构模型研究

受周边既有建筑物的影响,对地下车站施工的要求较高。洞桩法因其施工安全可靠、对周围环境影响较小等优点,在复杂建(构)筑物环境中得到了广泛的应用。然而,洞桩法施工力学行为复杂,采用常规荷载-结构模型进行洞桩法地铁车站结构设计时,其内力分析结果与实际内力具有一定的差异,由此可能导致结构设计不合理。文章依托北京地铁某洞桩法车站工程,开展了洞桩法施工力学行为模型试验研究与数值模拟分析,揭示了洞桩法地铁车站施工过程中中柱、边桩以及顶拱等位置的内力变化特点,基于荷载-结构模型,提出了洞桩法地铁车站力学分析的修正荷载模式及其对应的荷载-结构模型。

修正结构有限元模型的一种方法

本文讨论了一个寻找结构有限元模型的误差源和对它进行修正的方法.为了减少待修正模型的未知参数数目,将质量、刚度矩阵描述为设计变量的函数.在此基础上,先用少量测得的静位移数据修正刚变矩阵;然后用少数几阶实验的固有频率、固有振型数据修正质量矩阵.为了避免测量旋转自由度的静位移和固有振型分量的困难,还讨论了聚缩模型的修正问题.最后,文中附有算例及结果.

结构有限元模型刚度矩阵修正问题中的矩阵逼近

针对结构有限元模型修正问题中一类无阻尼结构动力模型提出了对刚度矩阵的修正方法,方法在理论上保证解的存在唯一性,并具有可操作性强,计算量小的特点,实例表明了算法的可靠性.

结构动力模型修正的灵敏度方法研究与探讨

对结构动力模型修正的灵敏度分析法作了介绍,通过对四层平面框架的动力模型修正进行研究,研究表明,对于本算例的大部分情况,灵敏度分析法能得到理想结果,但同时也存在部分不理想的情况,建议在实际应用中,可先使用灵敏度分析法进行模型修正,再结合其他方法进行检验。

中国股价包含宏观经济信息吗?——一个基于结构向量误差修正模型的检验

利用Beaudry and Portier的方法和模型,本文考察了中国股票价格中所包含的关于未来宏观经济状况的信息,同时也考察了该信息对中国宏观经济波动所产生的影响。模型的估计结果表明,能够利用结构向量误差修正模型中的短期条件识别出股票价格中所包含的关于宏观经济状况的信息,该信息是股票价格中所包含的与全要素生产率短期结构新息垂直的结构新息,该新息对全要素生产率和股票价格的影响与长期限制条件下的新息的影响是相似的,并且对全要素生产率具有持久性的影响。因此,在研究中国经济波动的过程中,信息冲击所带来的波动需要逐渐纳入考虑范围之内。

结构有限元模型修正算法研究综述

随着传感技术、信号采集与处理和系统建模等技术的发展,结构有限元模型修正技术已经成为土木工程结构健康监测领域的研究热点。本文系统地综述了近30年来国内外结构有限元模型修正的研究和应用现状,评述了各类方法的优缺点,并对有待于进一步研究的问题进行了展望。

基于多链竞争差分进化算法的无砟轨道结构有限元模型修正

为获得更接近真实情况的轨道结构模型,提出了一种基于多链竞争差分进化算法的无砟轨道结构有限元模型修正方法;以频率振型模态为响应建立了适用于无砟轨道结构的目标函数和似然函数,以标准马尔科夫链蒙特卡罗算法为基础,引入多链差分进化算法来解决高维参数模型效率低和收敛难的问题;引进竞争算法,利用竞争决出的失败者向胜利者学习的机制,不断迭代修正钢轨模型以提高修正精度;在此基础上,通过一个无砟轨道结构有限元模型修正数值算例验证所提方法的高效性。分析结果表明:采用Metropolis-Hastings算法和延缓拒绝自适应Metropolis算法修正后,单元参数与真实值间的最大相对误差分别为4.75%和1.35%,而采用多链竞争差分进化算法修正后,单元参数与真实值间的最大相对误差为0.28%,且模态振型向量之间的相关性接近1,说明多链竞争差分进化算法的修正精度优于另外2种算法;在分别加噪5%、10%和15%的噪声测试中,采用Metropolis-Hastings算法和延缓拒绝自适应Metropolis算法修正后,参数误差达到了9%左右,而采用多链竞争差分进化算法模型修正后,参数误差均在5%以内,进一步证明了多链竞争差分进化算法良好的鲁棒性。由此可见,多链竞争差分进化算法可以为解决复杂环境导致测试信息不完备的无砟轨道结构有限元模型修正提供一种新手段。

利用一种混合梁单元修正结构半刚性节点及边界条件

针对半刚性节点结构的节点及边界条件的有限元模型修正问题进行了研究。由于现有的修正算法均是针对半刚性节点所具有的转动柔性进行研究,而实际结构的节点往往沿剪切方向也具有一定的柔性,所以为了同时修正半刚性节点所具有的转动及剪切柔性,提出了一种适合于有限元模型修正的混合梁单元。此外,针对结构边界条件的模型修正问题,提出了一种参数化的修正方法。最后,将所提方法应用于一个梁式结构的有限元模型修正问题。通过测试得到的结构频率、振型成功修正了该梁式结构的节点及边界的连接刚度,从而验证了所提方法的可行性。

自适应耦合局部最优法及其在模型修正中的应用

耦合局部最优法作为一种新型的优化技术,既具有高效的搜索速度又具有全局搜索能力。然而,对于大规模优化问题,该方法容易陷入局部最优;另外,梯度信息在该项技术中起着重要作用,而对于复杂问题往往不能得到精确的梯度信息,从而使得该算法的全局搜索能力下降。本文分别从初始种群的确定、变步长搜索、自调节种群三方面对原算法进行了改进,提出了自适应耦合局部最优法,使之具备解决多变量复杂优化问题的能力。通过两个测试函数验证了改进算法比原有算法更易于得到全局最优解并保持较高的计算效率。最后,采用一个试验算例验证了自适应耦合局部最优法的有效性。

临近空间非弹道式目标跟踪修正变结构滤波

以X-51A和HTV-2为代表的临近空间高超声速飞行器采用非弹道式机动飞行方式,飞行速度快而且其加速度不规则,难以精确估计其运动状态。针对临近空间目标4种典型的非弹道式机动模式,设计了一种修正变结构交互式多模型(modified variable structure interacting multiple model,MVSIMM)算法。该算法采用当前统计模型作为中心模型,左右两边采用匀速转弯模型,相比传统变结构多模型算法,提高了模型切换速度,实现更加实时,可以更高精度跟踪临近空间目标飞行器。仿真结果表明,针对4种非弹道式机动模式,修正变结构交互式多模型算法效果优于固定结构多模型滤波方法。

模型修正的逆特征灵敏度方法

本文将文献[1]提出的无阻尼系统逆特征灵敏度理论推广到线性粘性阻尼系统中,推导了线性粘性阻尼系统的一阶逆特征灵敏度公式。本文还探讨了将逆特征灵敏度理论用于修正结构动力模型的方法,并对简单的例子进行了计算机数值模拟。算例表明,利用该法无需分段线性迭加就能在修正量较大的情况下达到较高的精度。此法与其他模型修正方法比较,具有公式简单、物理意义明确,修正精度高等优点。

基于时-频域信息的结构系统识别方法研究

结构响应的时域、频域信息均可用来对结构模型进行修正。该文提出频域信息与时域信息相结合的方法,对结构参数以及荷载进行评估。首先,从结构测量加速度信息中提取结构的频域特性,对结构模型进行较为粗略的修正,优化结构模型的振型、频率,使其与测量信息一致。其次,利用时域信息,在状态空间对结构运动微分方程进行零阶离散化,采用正则化方法对模型进行荷载识别,同时基于约束优化方法对结构模型参数进行进一步修正。应用模型缩聚方法,保证计算精度的情况下减少结构模型参数修正和荷载识别的计算量。在数值仿真计算中,基于框架结构的不完备地震时程响应记录,对结构损伤状况进行评估。结果证明,即使在有噪声的情况下,该文提出的结构状态方法依然能够很好地识别结构损伤程度、位置。最后,通过14层加层隔震剪力墙结构的振动台试验进一步验证该文提出的结构参数与荷载识别方法。

一种基于信息熵的分布参数结构传感器/激励器优化布置方法

针对用基于有限元方法的离散坐标体系研究传感器优化布置、所得仅为结构真实动力响应近似解直接影响传感器优化布置结果问题,提出基于贝叶斯统计系统识别方法与信息熵理论的分布参数结构传感器优化布置方法。以结构模型修正为目的,用贝叶斯统计系统识别方法识别结构模型参数最优值及不确定性程度,利用信息熵定量表征结构模型参数识别结果的不确定性程度;再将传感器优化布置问题转化为连续数值优化问题,以传感器位置为优化变量,通过遗传算法极小化模型参数识别结果的不确定性(即信息熵)识别传感器的最优布置位置;获得最大结构响应信息量,即识别结构模型参数的不确定性最小。通过双墩带弹性支撑的三跨连续梁桥数值仿真研究对该方法进行验证。

结构性黄土劈裂注浆力学机理分析

为了在塑性力学与大变形理论基础上分析黄土地区劈裂注浆力学机理,将注浆初始阶段视为无限土体中的圆孔扩张问题,将孔周围的土体应力分布分为3个区域:弹性区、塑性区及破坏区。结合结构性黄土修正剑桥模型,在弹性区采用小变形理论,在塑性区、破坏区采用大变形理论。根据应力平衡方程、应力应变连续边界条件,推导了考虑排水和大变形时塑性区、破坏区半径及竖向、水平劈裂注浆压力的理论解答,最后结合工程算例进行论证。结果表明:该解答综合考虑了黄土的结构性参数、压缩模量、泊松比、内摩擦角、塑性破坏参数、剪胀系数、扩孔形式k及屈服准则等因素;同时,还分析了浆泡周围土体的应力应变分布解及在参数影响下的递变规律;经对比分析发现,该文的劈裂注浆压力理论计算值与工程实测值比较接近,初步证实了理论的可靠性,在黄土地区劈裂注浆工程中具有一定的实用价值。

饱和结构性黄土不排水柱孔扩张问题弹塑性解

为导出饱和黄土中不排水柱孔扩张问题严格解,采用结构性黄土修正剑桥模型描述黄土力学特性。在弹性区采用小变形假设求解孔周土体应力与变形,同时将塑性区柱孔扩张边值问题转化为3个以应力分量为基本未知量的一阶非线性常微分方程求解问题。以弹塑性界面上应力分量作为初始条件求解控制方程,得到孔周塑性区应力分布,然后对径向平衡方程积分求得孔隙水压力。通过算例分析验证了该方法的正确性。结果表明:退化解与已有数值解完全吻合,并且黄土结构性对孔周应力、超静孔压以及弹塑性半径等影响显著。

基于SVEC模型的中国货币政策效应与规则研究:1996M01-2011M02

本文基于SVEC模型框架,分析了1996年1月至2011年2月期间中国人民银行所使用的多种货币政策工具与多重政策目标之间存在的关系。研究结果表明,物价、产出及货币供给冲击均对利率工具和准备金率工具产生持久、显著的影响,这与通过泰勒规则预测得到的结论基本吻合,但与其预测的反应时滞存在一定的差别。利率和准备金率对实体经济有重要影响,但效果、传导时滞存在差异,同时,两种工具对货币供给冲击的反应既不充分、也不及时。针对以上结论,本文一一作了解释,并在此基础上得到了许多有益启示。

空洞缺陷影响下衬砌结构受力特征分析

针对隧道在空洞缺陷下会对衬砌结构造成危害的问题,提出了一种基于等腰梯形应力面积等效方法对荷载结构模型进行围岩压力修正,对拱顶背后不同空洞大小下衬砌结构的受力特征和安全性进行了研究。结果表明:空洞缺陷会使空洞两侧出现应力集中和应力重分布现象,进行围岩压力修正的荷载结构模型相较于未修正荷载结构模型能有效的考虑到这些不利因素,更切合工程实际。不同空洞大小会导致衬砌结构承载能力发生改变,衬砌结构受力特征变得复杂,隧道结构整体安全性降低。修正荷载结构模型下,拱顶背后空洞从20°增大到60°时,拱顶位置处轴力减小了48.3%;弯矩值增长了3.2倍,弯矩形态严重“外凸”;安全系数降低了81.3%。