随机激励下自复位结构首次穿越失效研究

自复位结构遭受地震或强风荷载时,会发生显著的非线性随机振动,这可能导致结构的运行性能大大降低,甚至完全失效.本文旨在研究随机激励下双自由度自复位结构的首次穿越失效问题.应用广义谐波平衡技术,将自复位恢复力进行分解,获得等效随机系统;利用随机平均原理推导出关于幅值的平均Ito随机微分方程;求解后向Kolmogorov(BK)方程得到首次穿越时间的条件可靠性函数和条件概率密度函数通过.作为算例,选用金井清滤波白噪声模型,分析了激励强度D及土层阻尼比ξg取值变化时对条件可靠性函数和条件概率密度函数的影响.通过与Monte Carlo模拟得到的结果进行对比,验证了解析解的有效性.

随机地震激励作用下自复位结构的平稳响应

自复位结构是一种震后不需修复或仅需少量修复即可继续投入使用的新型抗震结构。目前有关自复位结构地震响应的研究多是在确定性激励下进行,鲜有涉及随机激励环境。假定地震动加速度过程为金井清过滤白噪声模型,研究了随机地震激励下单自由度自复位体系的平稳响应。应用广义谐波平衡技术分解旗帜形的恢复力,建立原系统的等效非线性随机系统。通过Stratonovich-Khasminskii极限定理作随机平均,得到关于幅值的近似一维扩散过程。建立并求解对应的FPK方程,得到关于幅值的稳态概率密度函数并进行参数分析。数值结果表明,能量耗散系数与屈服位移的减小能降低系统响应,同时,随着这两个参数的变化,系统会出现随机P分岔现象。通过蒙特卡罗数值模拟法验证了解析解的有效性。

考虑控制时滞的车辆主动悬架随机预瞄控制

采用随机预瞄控制策略对存在控制时滞的车辆主动悬架系统进行了研究。路面不平度被看作过滤白噪声随机过程,通过安装在车辆前部的预瞄传感器来量测车轮前方一定距离的路面变化信息。在控制器设计中,采用包含车身加速度、悬架动行程、轮胎动位移和控制力加权的连续形式性能指标,假定只有部分状态变量可以量测,而且量测噪声不能忽略。通过将连续形式的状态方程和性能指标进行离散化,并对状态向量和量测向量进行增维,这种考虑控制时滞的基于输出反馈的随机最优预瞄控制问题可以转换为不显含时滞和预瞄时间的标准LQG控制问题。数值仿真结果表明,对存在时滞的车辆悬架系统进行预瞄控制器设计时,时滞量应该得到重视,尤其是在时滞量较大时。如用不考虑时滞时所设计的控制器对存在时滞的车辆悬架系统进行控制,悬架系统可能发生不稳定现象,而且预瞄时间的增长还可能导致控制效果的恶化。

毗邻建筑LQG抗震控制的组合精细积分策略

LQG调节器在许多工程领域得到了日益广泛的应用。但是当系统受到的外部随机干扰是非平稳时,相关的LQG控制技术还亟需进一步发展。以毗邻建筑非平稳地震响应避碰控制为例对这类问题的求解进行了新的尝试。假定地面运动由基岩处的非平稳随机激励经过单层土的滤波而产生。结合虚拟激励法,对于非平稳随机地震响应分析和微分Riccati方程求解分别采用不同的精细积分策略并予以组合运用。对两座20层毗邻建筑的地震响应LQG控制进行了仿真分析,取得较好的效果。

两结构高效阻尼控制系统随机动力反应分析

对由高效阻尼装置(HEDMS)连接的两单自由度相邻结构在过滤白噪声激励下的相对位移响应进行了随机分析。在对阻尼装置滞变位移等价线性化的基础上,采用虚拟激励法计算结构响应的谱密度和互谱密度,研究了该阻尼装置各参数对位移响应方差的影响以及该装置的适用范围。

一种平稳地震地面运动的改进金井清谱模型

该文提出了一种描述平稳地震地面运动过程随机特性的功率谱密度函数模型。假定基岩地震动为某种过滤白谱过程,通过两个特定频率参数控制该过滤白谱的低频和高频含量,从而实现对基岩地震动物理特性的模拟。利用金井清滤波器对基岩过滤白谱进行过滤,得到地震地面加速度的谱密度模型。通过数学推导解释了该模型的物理机制,选择汶川地震强震观测数据拟合模型中的相关参数,给出了汶川地震场地相应的模型参数建议取值。该文模型在物理机制上可以认为是金井清谱模型的改进方案,但修正了金井清谱模型在零频处奇异的缺陷。