地震动非平稳特性对结构反应影响的试验研究

根据基于美国NGA数据库统计分析得到的地震动频率成分随时间的变化规律,人工拟合强度和频率非平稳特性程度不同的3组地震加速度时程作为输入,利用多子台振动台台阵系统对国家体育馆双向张弦梁结构屋盖模型(平面尺寸11.4m×14.4m)进行单向和多向地震输入下的动力试验,用于研究地震动非平稳特性对结构响应的影响。试验结果表明,结构响应随着地震动稳态持续时间的加长有增大的趋势,并且地震输入能量的集中,将可导致结构响应增大;地震动频率非平稳特性对结构响应的影响和频率随时间的变化有直接关系,后段周期明显长于前段周期的地震输入,对结构响应的增大效应比较明显。此外,地震动强度和频率非平稳特性对结构响应的影响规律对于不同的约束条件基本是一致的。

2014年鲁甸6.5级地震强震动频率非平稳特性相关分析

以2014年云南鲁甸6.5级地震的加速度记录为研究样本,分别对强震动三分量的加速度时程进行持续时间与穿零率分析,通过对三分量记录间频率特性差异的研究,总结了鲁甸6.5级地震中强震动记录三个分量的相对峰值持时离散特点,以及穿零率随震中距的走势特征,侧重分析了强震动频率的非平稳变化。

双基STAP雷达杂波非平稳特性消除的新方法

在单基侧视机载或星载雷达系统中,空时自适应处理是一种成熟可行的慢速移动目标检测方法。在双基雷达系统中,由于杂波的非平稳特性,空时自适应处理无法获得理想的性能。为了揭示双基雷达杂波的非平稳特性,文中推导出了方位-多普勒曲线,研究了一种基于AD曲线配准的杂波非平稳特性的消除方法,给出了此种方法的处理步骤和性能分析。通过仿真发现,该方法处理算法不太复杂且性能优良。

基于实测的古斯塔夫飓风非平稳特性分析

根据美国路易斯安娜州立大学飓风研究中心对古斯塔夫(Gustavo)飓风的实测资料,首先采用传统方法统计出不同高度处强风的基本参数特性,然后运用轮次法对不同高度、时距和起始点的风速样本进行非平稳特性检验,最后基于希尔伯特-黄变换(HHT)方法对于呈现非平稳特性的风速序列进行经验模式分解(EMD)和时-频-谱联合特征分析。分析发现,飓风的湍流强度和积分尺度较良态风场相差较大,并且其平均风速也极不稳定;通过轮次法对不同高度和时段的风速时程检验发现,非平稳特性与高度和统计时段大小密切相关,相应的10min时距的风速样本也存在非平稳特性;HHT对非平稳风速序列分析结果表明,飓风的非平稳特性主要是由时变的平均风速引起,其能量和频率随着时间的变化明显,并且主要能量集中在0.05～0.2Hz频段内,但EMD分解和Hilbert谱结果表明高频能量同样不能忽略。最终得出的结论为:基于传统的分析方法可以很好地获得基于平稳假定的飓风统计参数,但不能获取其非平稳信息,而轮次法和HHT方法是识别非平稳和分析其时频谱联合特性的良好方法。

龙门山断层破裂的频率非平稳特性

为研究地震过程中的频率非平稳特性,对近年来龙门山断层发生的两次大地震:汶川大地震和芦山大地震的近断层地震记录进行频谱分析。结果表明:相对于芦山地震有较大走向滑动分量的汶川地震,大多数位于汶川地震断层滑动前方的台站接收到更高的频率成分,位于断层滑动后方的台站接收到的地震波频率较低;尽管芦山地震断层相对汶川地震有较小的走向滑动分量,但仍然可以得出与汶川地震相同的结论,不同的是虽然芦山地震沿断层面向上方向分量大,但是其同一台站东西、南北、竖直三方向分量记录幅值相当。把芦山地震三分量记录变换到走向和沿断层面向上方向,证实了沿断层面向上方向高频成分更丰富。在断层滑动前方接收到的地震波频率较高,在断层滑动后方接收到的频率较低,这正是多普勒效应影响的结果。由于多普勒效应的客观存在,其对频率非平稳特性的影响与震源、传播路径和场地效应一样具有普遍性;所以,工程场地接收到的地震波的频率不仅取决于震源、传播路径、场地效应,还取决于断层滑动速度(多普勒效应)。

基于现场实测临海地区特大型冷却塔风振响应非平稳特性研究

忽视特大型冷却塔风振响应的非平稳特征可能会导致对结构响应极值的估算偏差和风振作用特性的错误理解。为此,以某沿海地区特大型冷却塔(高190 m)为研究对象,通过现场实测获取了超高雷诺数和真实湍流条件下特大型冷却塔的风振响应信号;在对实测信号进行降噪滤波处理后进行了不同时距的信号非平稳识别,并分别基于平稳分析模型和非平稳分析模型对特大型冷却塔的响应统计值、峰值因子和极值响应进行对比研究。研究结果表明:临海地区特大型冷却塔风振响应表现出较强的非平稳性,部分响应信号的"大偏斜"或"高峰态"现象是由非平稳特征引起,采用非平稳模型可以更有效地判别信号的真实非高斯特征;此外,响应峰值因子普遍大于3.5,忽视非平稳特性将导致极值估计的缺陷,既无法提供足够的保证率,又降低了响应极值计算结果的经济性。

地震动强度非平稳特性参数与结构响应之间的近似定量关系分析

本文在对实际地震加速度记录统计分析的基础上,给出了能够合理描述地震动强度非平稳特性的参数及其取值范围;然后引入实验设计方法,建立了适合于地震动强度非平稳特性参数分析的实验设计算法,用来分析地震动强度非平稳特性参数的变化对结构响应的影响;最后通过与近似技术相结合,建立了地震动强度非平稳特性参数与结构响应之间的近似定量关系模型.结果表明,本文提出的实验设计方法适合于对地震动强度非平稳特性参数进行分析,该方法在有效地减小计算量的同时,获得了结构响应与参数变化之间的对应关系.基于实验设计方法进行的特性参数方差分析结果表明:地震动的稳态持时对结构地震响应的影响比较显著;对于周期较小的结构,特性参数之间的交互作用对结构地震响应的影响显著,但当周期大于1s时,则不显著.本文建立的近似定量关系模型能够较好地反映不同特性参数、不同周期结构动力响应之间的联系,为工程实践中基于结构特性合理设置地震动特性参数、合成或挑选地震加速度时程提供理论依据.

润扬大桥桥址区实测台风非平稳特性研究

为了研究润扬大桥桥址区实测强风的非平稳特性,以"麦莎"和"卡努"台风为研究对象,采用多尺度小波变换方法提取了顺风向及横风向时变平均风速,并进一步计算了实测脉动风速的紊流强度、阵风因子、积分尺度和功率谱密度等非平稳风特性。在将非平稳风特性与平稳风特性进行对比的同时,重点对比分析了两台风非平稳风特性的异同点。结果表明:两实测台风的顺风向风速均表现出较强的非平稳性,横风向非平稳特性则相对较弱;平稳风速模型过高地估计了实测台风的紊流特性,致使其紊流强度值大于非平稳风速模型的计算结果;"麦莎"台风非平稳紊流强度顺、横风向比值大于1,而"卡努"台风的对应值小于1;两台风的实测非平稳风谱在低频段均小于Kaimal谱,在中高频段则较为吻合。

沙尘暴天气下实测强风非平稳特性研究

文章基于小波变换及非平稳风速模型,对北京325 m气象塔实测强风数据进行统计分析,获得湍流度、阵风因子、演变功率谱等非平稳强风的湍流特征参数,并对比研究了平稳风速模型和非平稳风速模型的风特性分析结果。结果表明,沙尘暴天气下实测强风表现出较强的非平稳性,基于非平稳风速模型统计的湍流度和阵风因子与平稳风速模型的分析结果存在明显差异,利用小波变换估计的演变功率谱呈现明显的时域变化特征,传统平稳风速模型难以准确描述实测非平稳强风的风场特性。

丘陵地区10 m高度以下近地面风场实测及非平稳特性分析

为确定10 m高度以下风场特征以指导光伏支架结构设计,在陕西汉中某拟建光伏电站场址内开展了近地面风场实测.由于实测结果存在较高的低频能量,分别选用平稳模型和基于离散小波变换的非平稳模型,研究了10 m以下近地面风场的平均风速、湍流度、阵风因子、湍流积分尺度和风功率谱等特征参数,并与规范取值进行对比分析.结果表明:丘陵地区10 m以下近地面风场具有一定的非平稳特性;平稳模型会高估风的湍流强度和湍流积分尺度;非平稳模型较好地提取了时变平均风速,提高了样本的平稳性,且与光伏结构易发生共振的高频部分能量密度有所增大,能量接近Kaimal谱和von Karman谱,高于平稳模型结果,更具适用性.

台风非平稳湍流特性研究进展与思考

台风湍流特性研究一直是结构风工程领域的重点研究方向之一。与传统良态风存在明显差异,台风是具有突出非平稳特性的特异风场,其湍流特性十分复杂,难以采用良态风场参数对其进行表征。基于国内外长期现场实测与分析所取得的成果,本文对台风非平稳湍流特性的研究进展进行综述,归纳总结台风非平稳湍流特性的分析方法及参数模型。首先,回顾了平稳与非平稳风速模型,对比分析二者之间的特点与区别,并介绍时变平均风速的有效确定方法。随后,针对湍流典型统计特征参数,从湍流强度、湍流积分尺度、演变谱密度、时变相干函数等方面阐述台风非平稳湍流特性的研究进展,并重点讨论当前面临的困难与挑战。最后,对台风非平稳湍流特性有待进一步深入研究的问题进行展望。

三维非平稳车载信道建模及其空-时相关特性研究

针对车载(V2V)通信系统无线传播场景的非平稳特性且无线信号三维传播时俯仰角(EAs)与水平角(AAs)非独立的特点,提出一种基于规则几何的新型三维非平稳V2V信道参考模型及其相应的仿真模型。为了刻画信道的非平稳特性,考虑了信号收发车辆以任意方向和速度运动而引起的多时变参数。针对EAs、AAs角度谱服从VMF联合分布的情形推导了模型的部分统计特性,并深入研究了车辆行驶环境、非平稳性以及收发端行驶状态对信道空-时相关函数的影响。仿真结果表明,提出的信道模型可以捕捉车辆行驶方向变化对信道空-时相关性的影响,多普勒功率谱密度理论值与实测值的基本一致、仿真模型与参考模型统计特性的高度拟合验证了理论推导的正确性和模型的实用性。

一种基于非平稳特性的前馈神经网络盲源分离方法

利用信息论原理，推导出一个衡量输出分量独立性的目标函数，最小化该目标函数并利用信号的非平稳特性，得到一种可以进行非平稳信号的盲分离的训练算法；指出了在特定情况下，给出的两种网络结构形式是等价的，由此得到的训练算法避免了矩阵求逆．

苏通大桥桥址区实测强风非平稳风特性分析

以2012年"达维"和"海葵"台风期间苏通大桥SHMS实测风数据为研究对象,采用游程检验法对桥址区实测风速进行了平稳性检验,对比分析了基于平稳和非平稳风速模型计算得到的平均风速风向(时变)、紊流强度、紊流功率谱密度等风特性,并采用基于小波变换(WT)的演变功率谱密度(EPSD)估计方法,进行了实测强风非平稳演变功率谱分析。结果表明,实测风速表现出明显的非平稳特性;由于时变趋势项的引入,非平稳风速模型比传统平稳风速模型能更好地表征实测强风特性;所得演变功率谱密度直观地展示了实测脉动风速能量的时频分布,EPSD均值与傅里叶变换谱吻合良好,验证了EPSD估计的可靠性。研究结果可为今后非平稳风场实测分析及数值模拟提供参考。

三峡库区青草背长江大桥桥位风速非平稳特性研究

为从定量上描述和评价山区峡谷风场的非平稳程度,利用三峡库区青草背长江大桥桥位处实测风速序列,分别采用轮次检验法和希尔伯特(Hilbert)变换分析了实测风速序列在幅值和频率上的非平稳程度,探讨了风速样本时长和窗口时距对基于Hilbert变换的非平稳度指标的影响,并与西堠门大桥桥位处12月份期间实测风速记录进行对比,实现了山区峡谷风的非平稳特征的定量评价。结果表明:非平稳度值可反映出风速序列在不同频率成分上的非平稳特性,且风速频率越高非平稳度指标越大,同时非平稳度值随风速样本总时长的增大、窗口时距的增大而减小;相比西堠门桥位处风速,青草背长江大桥桥位处山区风风场在幅值和频率均表现出更强的非平稳特性,且短时距高频段的风速分量非平稳特征更为明显;当某段风速序列在给定的窗口时距下的非平稳度值超过良态风速相应的非平稳度极值后,可认为该段风速序列具有较强的非平稳特征。

一种基于随机散射簇的非平稳3D空间信道模型

针对大规模MIMO信道的近场效应和非平稳特性,该文提出适用大规模MIMO信道的一种基于随机散射簇的非平稳3D空间信道模型。采用抛物波前代替球面波前建模近场效应,并分析抛物波前条件下该模型的信道容量。对于大规模MIMO信道的非平稳特性,提出基于散射簇的有效概率确定收发天线阵元的有效散射簇集合,从而建模散射簇沿天线阵列轴的随机演变来合理描述散射簇的出现和消失。仿真结果表明,用抛物波前和有效散射簇的随机演变来建模大规模MIMO信道特征是很好的候选方法。

基于KiK-net强震记录的三维地震动强度非平稳模型研究

地震动强度非平稳特性对结构非线性响应有显著影响,准确描述强度非平稳特性对生成人工地震波有重要意义。该文提出了一种描述三维地震动强度非平稳特性的模型,分别给出了其确定性参数取值和随机参数取值。首先以大量Ki K-net强震记录为样本,提取其强度非平稳特性;然后选取地震动强度非平稳模型,并使用遗传算法识别出了模型的参数;最后通过统计回归分析给出了各震级、震中距不同场地类别的三维模型参数取值。结果表明,所得强度非平稳模型能够反映地震动强度非平稳特性的规律,可将其用于结构抗震分析和人工地震动模拟中。

空间相关多点非平稳地震动合成及其对大跨结构响应的影响

首先引入具有统计参数的时-频包线函数,近似模拟地震动频率的非平稳特性,建立了能够匹配多目标的空间相关多点非平稳地震动拟合方法,实现了近似定量控制输入地震动特性的目标;然后以天然地震动为种子,分别采用3种不同的包线函数基于多个拟合目标进行地震加速度时程的模拟,建立了满足不同频谱特性的地震动输入方案;最后分别采用一致和多点地震动输入模式,对大跨结构进行非线性响应分析。结果表明:(1)建立的空间相关多点非平稳地震动拟合方法,能够较好地模拟地震动频率非平稳特性及空间变化,且拟合精度较高,能够实现对输入地震动的定量控制;(2)具有统计参数的时-频包线函数能够较好地表征地震动频率非平稳特性,与真实地震动频率随时间的变化规律符合较好;(3)无论采用一致或多点地震动输入模式,仅考虑地震动强度非平稳特性,存在低估结构非线性响应的风险;(4)对于大跨结构,一致地震动输入模式存在低估桥梁结构位移响应的风险。因此,大跨结构抗震分析中应合理刻画地震动时间-空间耦合特性,估计结构的非线性响应,保证结构设计的安全性。

基于几何随机的非平稳车载信道建模及相关性分析

车载(V2V)通信系统是未来智能交通系统的重要组成部分,其非平稳特性已经在信道测量中得到验证。针对V2V多入多出通信系统,提出一种非平稳双环几何随机信道模型。为了描述信道的非平稳性,将到达角(AOAs)和离开角(AODs)的时变特性引入模型中,推导了模型的空间互相关函数(CCF)和时间自相关函数(ACF)等时变统计特征。此外基于修正等面积法(MMEA),开发了相应的仿真模型,研究了散射环境、移动端的移动状态以及天线偏角对信道统计特性和非平稳性的影响。仿真结果表明,所提模型可以有效模拟V2V信道非平稳性,平稳状态下信道的统计特性与平稳双环模型的统计特性具有一致性,验证了本模型的正确性。

隧道场景下非平稳多簇V2V信道建模与分析

针对隧道场景下的车对车(Vehicle to Vehicle,V2V)通信系统,提出了一种基于多簇的三维宽带非平稳多输入多输出(Multi-Input Multi-Output,MIMO)信道模型。该模型考虑单反弹(Single-Bounced,SB)和多反弹(Multiple-Bounced,MB)分量来描述波达信号在隧道中的传播环境。采用时变的方位角、俯仰角和传播路径长度来描述收发端移动所带来的非平稳特性。推导了所提模型如空时相关函数(Space-Time Correlation Function,ST-CF)和多普勒功率谱密度(Power Spectral Density,PSD)等重要统计特性,并分析了时间与角度值等参数变化对信道统计特性和非平稳特性的影响。结果表明,信道的相关统计特性与收发端运动时间及散射体分布密度紧密相关。理论值和仿真结果吻合较好,验证了该模型对隧道场景下的V2V信道建模的可行性。