新一代Wi-Fi的新型感知信息压缩方法

通信设备由于和雷达设备的工作存在重叠,也可以实现目标检测。但是传统的通信协议采用显式反馈传输信息,导致采用通信设备检测无法保留感知信息,因此可以对显式反馈的分解流程进行改进,从而在通信的间隙实现对环境目标的感知。在MIMO系统中,波束成型是发射端利用MIMO信道状态信息生成导向矩阵,从而提升接收端接收性能的一种技术。目前显式反馈波束成型是通信中波束成型的主流方式,接收端会对接收到的信道矩阵进行奇异值分解后转换成一系列角度值传回发射端。虽然采用传统的矩阵分解流程获得反馈矩阵可以有效降低反馈的冗余信息量,但是通常会丢失掉通信设备在感知过程中获得的大部分重要信息,从而导致利用Wi-Fi信号进行目标探测的功能受到限制。研究发现对于接收到的信道矩阵利用传统的分解方式获得的反馈矩阵特征向量无法保留目标的距离,速度信息。本文提出了一种新型的分解方式,基于信道矩阵的协方差矩阵,先求解左奇异矩阵,再利用左右两个酉矩阵正交向量的对应关系,进一步求解从而获得改进的右奇异矩阵,所提改进方法保留了目标的距离、速度以及角度信息,极大地提升了有效反馈信息量。最后通过仿真实验验证了所提方法的有效性。

用于ABAQUS显式分析梁单元的钢筋本构模型研究

为了满足结构在地震作用下进行非线性响应分析的需求,合理准确地把握钢筋混凝土梁柱杆件的弹塑性受力特性,建立用于ABAQUS软件显式分析的钢筋单轴本构模型。该本构模型合理考虑Bauschinger效应及加卸载规则,并基于ABAQUS用户子程序接口VUMAT对其进行二次开发,编制梁单元钢筋本构模型的计算程序,并对往复荷载下钢筋混凝土柱受力性能进行数值模拟。与ABAQUS自带的钢筋本构模型相比,所给出的钢筋本构模型能够较好地反映钢筋混凝土柱在低周往复荷载作用下的滞回性能及轴力-双向弯曲耦合性能,能够用于钢筋混凝土杆系结构在多维受力状态下的动力非线性响应分析。

引入初始破坏的桁梁结构倒塌试验研究

对空间桁梁结构模型进行了倒塌试验.研制了连续性倒塌试验中人工控制的初始破坏引入装置.利用动态应变数据采集系统以及数字图像处理技术获取初始破坏引发的动力过程中的应变和位移,数据分析可得到结构破坏过程的持续时间,测点的应变时程曲线,观测点的位移时程曲线,揭示了破坏过程及破坏机制.结果表明:构件承载力富余程度的高低及空间效应是结构抗倒塌重要的冗余度.采用理论分析和数值分析对结构的破坏过程进行了模拟.

面内变形曲梁的显式单元刚度矩阵

目的针对平面内变形的微圆段进行研究,给出等曲率梁的显式单元刚度矩阵,以便对含等曲率梁的结构进行分析.方法求解等曲率梁的微圆段平衡微分方程,获得等曲率梁的杆端力计算表达式.利用截面内力与应力关系、本构方程以及应变与位移关系,推导等曲率梁的任意截面内力与位移的关系,进而推导任意截面的位移与杆端位移之间的关系.根据等曲率梁的杆端力表达式及杆端位移表达式得到等曲率梁的杆端力与杆端位移的关系式.结果通过对平面内变形等曲率梁研究,给出了等曲率梁的任意截面处内力的计算公式以及杆端力表达式;得到了等曲率梁的任意截面处的内力与位移之间的关系式;给出了等曲率梁的任意截面处位移的计算表达式和杆端位移表达式;得到了等曲率梁的杆端力与杆端位移关系式.结论针对平面内变形的等曲率梁,笔者给出了一种解析的显式等曲率梁的单元刚度矩阵,该单元刚度矩阵可用于含等曲率梁的杆系结构的有限元分析.

强震下斜交简支梁桥落梁及挡块破坏模式研究

斜交桥广泛应用于各级公路和城市道路中,墩台的非对称支承特性使得斜交桥在强震作用下比正交桥更容易发生整体或局部落梁。文章基于显式动力接触算法,建立斜交桥有限元计算模型,分析了斜交桥的落梁形态及挡块破坏模式。结果表明:斜交装配式简支梁桥的落梁会经历三个阶段:主梁与背墙以及主梁与挡块的碰撞、挡块的大变形破坏、主梁失去竖向支承产生落梁;不同地震动作用下斜交简支梁桥的落梁数量和落梁形态有一定差别,可能是全部主梁落梁或两片边主梁落梁,也可能是主梁两端同时落梁或先后落梁;落梁发生时往往伴随着挡块的严重破坏。锐角处挡块的碰撞破坏程度大于钝角处挡块的破坏程度,锐角处挡块会出现大变形破坏,而钝角处挡块不会出现大变形。

强震下斜交刚构连续梁桥倒塌特性研究

斜交桥的非对称支承特点使得其在地震作用下更容易遭受倒塌破坏,为探究斜交梁桥在地震倒塌过程中表现出的动态特性,建立一座斜交四跨刚构连续梁桥的精细化空间有限元计算模型,采用显式动力接触算法数值模拟强震下斜交箱梁桥的动态倒塌破坏特性,分析了主梁的不规则位移和梁端的碰撞现象。结果表明,斜交梁桥主梁在三向地震动作用下会发生水平面内旋转,不同地震动下主梁的旋转方向不同,梁体旋转过程中会与桥台发生碰撞,碰撞使得倒塌破坏过程中主梁靠近桥台的相对位移明显小于远离桥台的相对位移。梁端横截面碰撞力呈现不均匀分布,主梁锐角处碰撞力大于钝角处碰撞力,截面中心位置处很少发生碰撞,且碰撞作用会显著影响墩台的破坏顺序。墩台对主梁的碰撞实质上是桥梁下部结构对梁体的动态约束和阻挡限制,是主梁的动态约束边界条件。

外贴FRP加固钢筋混凝土梁用量显式设计方法

对外贴FRP(纤维增强复合材料)加固钢筋混凝土梁抗弯极限承载力的求解问题,ACI 440F规范及我国CECS 146:2003规程都给出了相应的求解公式,但均为验算形式.这在面向设计,即计算给定目标承载力下的FRP用量时,并不方便.针对矩形截面形式,通过引入原构件配筋特征参数和FRP配筋特征参数,推导出量纲一形式的弯矩增量与参数之间的关系表达式,并给出显式求解FRP用量的计算方法.在此基础上,进一步通过定义截面形状系数,将这一显式求解方法推广至T形及更为一般性的截面形式.

ABAQUS显式分析梁单元的混凝土、钢筋本构模型

目的为准确模拟地震作用下钢筋混凝土梁柱构件的弹塑性受力特性,解决ABAQUS软件显式分析模块缺乏用于三维梁单元的混凝土本构模型及钢筋本构模型的问题.方法采用的混凝土单轴本构模型考虑了箍筋对混凝土的约束影响以及混凝土裂面效应的影响,钢筋单轴本构模型合理考虑了Bauschinger效应,利用ABAQUS用户子程序接口VUMAT进行二次开发,编制了用于显式动力分析的梁单元混凝土、钢筋本构模型的计算程序,并对往复荷载下钢筋混凝土柱受力性能进行了数值模拟.结果通过与ABAQUS自带的钢筋本构模型对比,验证了采用笔者给出的混凝土与钢筋本构模型能够较好地反映钢筋混凝土柱在低周往复荷载作用下的滞回性能以及双向弯曲耦合性能.结论数值模拟结果与试验结果吻合良好.笔者开发的混凝土、钢筋本构模型能够用于混凝土梁柱构件在复杂受力状态下的动力非线性响应分析.

基于ABAQUS纤维梁单元的钢筋混凝土柱受力破坏全过程数值模拟

合理、准确地模拟钢筋混凝土梁柱构件的非线性及断裂破坏行为,对于进行钢筋混凝土框架结构在强震作用下的倒塌破坏机制研究具有重要的意义。基于有限元软件ABAQUS的显式求解模块Explicit,研究了钢筋混凝土梁柱构件纤维梁单元的构型及其单元消除技术,构建了包含材料破坏准则的钢筋、混凝土单轴本构关系,并利用用户材料接口VUMAT编制了相应的计算子程序。为验证上述方法的合理性和正确性,本文对轴压与侧向往复加载下钢筋混凝土柱构件的受力破坏全过程进行了数值模拟。计算结果表明:采用单元消除(杀死)可以简单、有效地实现有限单元法对于梁柱构件断裂破坏过程的模拟;基于纤维梁单元构建的材料单轴本构关系和破坏准则能够准确、细致地描述钢筋混凝土柱在荷载作用下的非线性性能发展、构件截面的渐进破坏过程以及残余构件的运动状态;对于非线性性态发展较为强烈的结构构件,考虑材料失效的模拟分析结果更为合理、可信。该方法可用于钢筋混凝土框架结构在强震下倒塌全过程的模拟分析。

斜交装配式简支梁桥地震非均匀碰撞效应

鉴于地震作用下斜交梁桥的不规则平面旋转位移使得应用接触单元法计算斜交梁桥碰撞效应存在一定的局限性,为了探讨三向地震作用下斜交装配式简支梁桥的地震碰撞力、梁端应力和墩底应力的非均匀分布规律,提出了采用显式动力接触算法计算斜交梁桥地震碰撞效应的数值模拟方法。结果表明:斜交简支梁桥横桥向的碰撞比纵桥向的碰撞更加剧烈;桥台背墙对边主梁的碰撞力大,对中间主梁的碰撞力小;桥面两侧的梁间碰撞力大,桥面中心线的梁间碰撞力小;挡块根部受到的碰撞力大,相应部位的边主梁横向应力大;挡块端部受到的碰撞力小,相应部位的边主梁横向应力小;碰撞对台柱底部几乎没有影响,斜交梁桥的地震碰撞力分布极不均匀,总体上表现出"四角四边大,中间部位小"的特点。

冲击载荷下双波梁护栏的显示动力学仿真

以ANSYS Workbench为仿真计算平台,通过非线性显示动力学,探讨护栏板变形量、护栏能量吸收能力以及质量块加速度曲线;对带加强筋的自升高式护栏防阻块和传统六棱柱形防阻块进行碰撞分析对比,探究2种防阻块高度提升量和能量吸收能力情况,并进行参数优化设计。分析结果表明:该护栏吸收碰撞能量能力强,抵抗变形能力优越;带加强筋的自升高式护栏防阻块性能优于传统防阻块,可为护栏的工程应用提供有益参考。

扭转弹簧约束复合材料层压梁的自由振动

基于伽辽金法推导了扭转弹簧约束复合材料层压梁自由振动的显式解析解。当复合材料层压梁两端的扭转弹簧刚度系数相等时,层压梁的横向挠度函数由两端简支梁的振动特征函数和两端固支梁修正的振动特征函数线性组合而成;当复合材料层压梁两端的扭转弹簧刚度系数不相等时,层压梁的横向挠度函数则由简支-固支梁的振动特征函数,固支-简支梁修正的振动特征函数和两端固支梁修正的振动特征函数线性组合而成。所构造的横向挠度函数可以避免扭转弹簧约束复合材料层压梁的经典振动特征函数在高阶(≥11)模态时出现的数值不稳定现象;研究表明,给出的显式解析表达式能有效地对扭转弹簧约束复合材料层压梁的自由振动进行分析。

S型初始铺管缆索和管道耦合系统仿真分析

为构建实时动态的深水铺管作业视景仿真系统,本文以"海洋石油201"铺管船为研究对象,考虑船舶运动、波浪载荷、海流载荷以及动力定位等对管线和初始缆的动态影响,建立了管道和缆索动态的微分方程组。利用梁理论,对管道振动特性进行分析,建立了管道振动方程。基于微分求积法确定微分方程组边界条件,利用显式差分法迭代获得振动方程数值解。通过仿真实验分析了不同海况、工况下管道的形态以及管道关键位置的作用力;对管道和缆索耦合系统进行分析,并构建了实时计算的初始铺管仿真系统的动态模型。研究结果表明:海况由2 m浪高增加到4 m浪高时,管线最大张力增大了4.55 k N,管道脱离点横向位移增大了41%;海况和船舶运动幅度增大,会加剧管线的振动幅度和持续距离。将仿真结果与商业软件进行对比,误差率保持在4%以内,满足仿真系统的准确性要求。

H型钢精轧过程的有限元数值仿真

为了获得H型钢精轧过程中的轧制力以及轧件变形情况,以商用有限元分析软件ABAQUS为平台,数值模拟H型钢开坯后的精轧过程,得出H型钢精轧过程中各个道次的轧制负荷和截面形状大小。通过Gleeble1500热模拟试验机获得在精轧过程温度范围之内的应力应变曲线,从而建立Q235材料在不同情况下的流变应力曲线。作为材料基本特性,对H型钢开坯后的精轧过程建立了有限元模型,并利用ABAQUS-Explicit对模型进行求解,通过稳态条件的判断和畸变网格的重构以及单元物理物理特性的继承保证仿真过程的进行,说明了ABAQUS中显式求解的主要过程。通过有限元数值模拟的结果得到各个轧制道次截面积,截面形状以及轧制负荷。与现场生产中的数据进行对比看到模拟的结果与实际生产中的数据相接近,从而验证了所建模型的正确性。为改进H型钢的精轧工艺参数,提高H型钢的产品质量提供了参考。

柔性多体系统动力学典型数值积分方法的比较研究

为合理选用积分方法,对柔性多体系统动力学中8种典型的数值积分方法的性能进行了比较研究。以中心刚体-柔性悬臂梁系统为研究对象,运用第二类拉格朗日方程建立系统高次耦合动力学模型。采用8种典型的数值积分方法对方程进行求解,比较了计算效率、数值精度等。结果表明:显式方法较隐式方法更依赖于时间步长的选取;在同等时间步长下,隐式方法的计算效率低于显式方法,隐式方法可以通过放大时间步长提高计算效率;自启动自动变步长且自动变阶的吉尔(Gear)法计算效率高且其更合适于计算广义质量阵为常元素阵的动力学方程;希尔伯特-修斯-泰勒(HHT)法、广义-α法可以通过放大时间步长提高计算效率,但计算精度降低。

钢筋混凝土梁冲击响应的有限元分析

为了研究普通钢筋混凝土梁在冲击荷载作用下的应力与位移分布规律,本文采用非线性有限元分析软件Abaqus建立了钢筋混凝土梁的有限元分析模型,结合试验测得的混凝土与钢筋材料的力学性能参数分析了钢筋混凝土梁在冲击荷载作用下应力场与位移场分布情况。结果表明,梁侧面最大拉应变区域与梁出现裂缝的区域相同,其破坏规律可用最大伸长线应变理论进行解释。

一个用于大位移大转动非线性动力计算的显式梁元

为了数值模拟建筑结构倒塌过程中的梁柱构件,建立了一个具有大位移大转动非线性动力计算能力的显式梁元。该梁元基于显式有限元单元理论,采用更新拉格朗日列式,考虑了转动的不可交换性,选用共旋(Co-Rotational)方法分离单元刚体位移和变形位移,通过应力更新算法来考虑材料的非线性。算例表明该梁元力学性能良好,具有一定的工程应用价值。

20MN快锻液压机打击碰撞动态特性研究

针对快锻液压机自由锻打这一复杂工况——瞬态的打击过程,材料、几何和接触的非线性以及大变形,利用HyperMesh建立以机架、固定横梁、上下模具和锻件为主体的多体动力学模型,调用HyperMesh中内嵌的LS-DYNA模板,加载多体系的非线性材料、载荷和边界条件等,输出K文件并提交LS-DYNA求解。通过后处理得到关键零部件在不同工作条件下的应力、位移云图和能够再现锻打过程中应力波和变形传递的动画。通过分析上述结果,找到了机架和横梁上应力、应变的敏感部位和最大值,为液压机的锻打实验、疲劳分析和优化设计提供了依据。

缺陷PC梁式桥刚度退化-预应力损失的耦合评估模型

为准确评估开裂预应力混凝土梁式结构桥在使用阶段的变形性能,以虚拟消压力作用距离为基点对预应力增量、普通钢筋及翼缘受压区混凝土应力进行了级数展开,进而依据截面平衡关系推导了开裂截面刚度的显式解析式。结合前期基于钢束有限测点应力检测值实现有效预应力纵向实际分布状态预测的研究成果,得到了全桥各关键截面有效预应力衰变因子的分布规律。在二维梁单元模型的基础上建立了考虑结构刚度退化与预应力损失耦合关系的修正模型,并与传统的开裂截面中和轴高度一元三次方程的迭代解进行对比;将结构刚度退化模型应用于室内模型桥试验,并开展了敏感性分析。结果表明:2阶显式解的精度较高,能够用于不同预应力损失状态下的截面刚度变化模拟及正常使用状态评估限界的界定;在使用荷载作用下的弹性开裂阶段,结构的变形评估曲线与试验曲线吻合较理想;该模型易于编程应用,可在服役预应力混凝土桥梁检测与评估实践中推广。

基于显式算法的纤维梁柱单元模型

为精细模拟钢筋混凝土桥梁的强非线性行为,利用显式中心差分法,建立一种基于显式算法的纤维梁柱单元模型,并引入到前期建立的纤维梁柱单元实用模拟平台FENAP中。采用该显式单元模型,分别对一钢悬臂梁进行滞回特性分析和对一钢筋混凝土桥墩进行推覆分析,并将计算结果与采用FENAP隐式单元模型和采用OpenSEES软件纤维模型的计算结果进行对比分析。结果表明,所建立的FENAP显式纤维梁柱单元模型可有效模拟材料软化行为,避免由结构负刚度所引起的不收敛,且计算精度较高,为长大桥梁结构倒塌分析提供了一种实用手段。