Pseudo-spectrum Matrix Method and Its Application

A base function expressed with Chebyshev polynomials is reached. The relationship between the coefficients of the partial differential equation and the base function is deduced. Using the relationship, one can obtain nearly the same results as those calculated by Fast Fourier Transformation (FFT). The pseudo-spectral matrix method is applied in this paper to simulate numerically the incompressible laminar boundary flow on a plate. The simulation proves to be precise and efficient.

果园作业平台车架耐久性研究

针对农用机械作业工况复杂、受多种外力、对结构件寿命影响较大等问题,以果园作业平台车架为研究对象,编制车架加速载荷谱,分析车架耐久性。采用有限元分析方法,对车架进行力学分析并选取关键载荷测点,建立果园作业平台多体动力学模型采集相应测点载荷谱,利用伪损伤保留编辑法获取不同伪损伤保留量的加速载荷谱,从压缩时间效率、伪损伤域、功率谱密度、穿级/雨流计数和统计值参数等方面对比,分析伪损伤保留量对加速载荷谱质量的影响。通过车架耐久性仿真对比不同编辑方案对耐久性分析精度和效率的影响。对比结果表明,伪损伤保留量不低于90%才能保证加速载荷谱的质量。仿真结果表明,车架最小寿命历程大约为65000 km,根据果园作业平台使用条件和用户使用情况调查,了解果园作业平台每年大约行驶8100 km,使用年限为8年,该车架满足要求。且伪损伤保留量为95%时为最佳编制方案,加速载荷谱时间压缩量为55%,车架耐久性仿真分析误差能控制在5%内且仿真效率提高391%,本文为提高农用机械部件耐久性载荷的编辑质量提供参考。

基于最优控制理论的高超声速飞行器轨迹生成方法

针对新型高超声速飞行器目标的实际观测场景不足、真实飞行数据难获取等导致对反导雷达目标跟踪架构、算法难以针对性优化的问题,基于最优控制理论提出了一种高超声速飞行器全阶段轨迹生成方法.利用hp-自适应伪谱法,将轨迹生成方法对应的最优控制问题转化为非线性规划问题进行求解,并输出全阶段目标飞行运动状态数据.仿真结果表明,生成的飞行场景数据完整、仿真程度高,验证了该方法的有效性.

基于仿生智能算法的航天器离轨优化方法

航天器变轨是有效提升航天器多样化价值的控制手段,离轨控制能够使在轨航天器返回到进入点,从而完成回收任务。建立了航天器离轨返回模型并描述其任务要求,提出了一种由高斯伪谱法和仿生智能算法组成的混合优化方法,利用高斯伪谱法将多连续优化问题离散化为非线性规划问题,并采用仿生智能算法获得非线性规划问题的全局最优解。最后,通过数值仿真验证了该混合优化方法的有效性,可为航天器变轨和回收提供重要支撑。

双相各向同性介质伪谱法地震波场数值模拟

伪谱法是一种模拟精度和计算效率都较高的地震波场数值模拟方法。该方法通过对空间坐标的快速傅里叶变换实现数值计算,在时间域直接采用差分运算代替导数的求解,避免了求偏导数;不存在有限差分和有限元等方法对高频成分限制的问题,可以实现全频带地震波场模拟;对内存容量的需求远远低于有限元法。利用伪谱法实现双相各向同性介质地震波场数值模拟的基本原理是:首先基于Biot模型给出双相各向同性介质弹性波波动方程;然后推导出二维双相各向同性介质的伪谱法计算公式;最后对给定的介质模型进行模拟试算。模拟结果表明,弹性波在双相各向同性介质中以快纵波、横波和慢纵波3种方式传播。基于模拟结果,分析了各类波的传播规律,讨论了耗散系数和孔隙度对地震波传播的影响。

离散介质中地震波传播的数值模拟

伪谱法应用付里叶变换和有限差分求解波动方程,本文利用伪谱法模拟了三维离散介质中地震波的传播。结果表明:(1)该方法的计算精度高;(2)即使在均匀、各向同性的离散介质中,地震波的传播也表现出方位各向异性的特点。

利用哈特莱变换进行井间声波波场正演模拟

在二维跨井声波波动方程正演模拟中,采用哈特莱变換(Hartley Transform)求取空间导数,具有占用内存比FFT少.求奇次导数时不产生尼奎斯特误差等优点,且计算速度较FFT快约一倍。文中对跨井声波波场理论模型模拟的结果表明.震源激发的位置对波场能量的分布影响很大;震源位于低速层中激发时,低速层内有较强的能量.且波场较为复杂;震源位于高速层激发时,能量很快地向周围介质扩散。

基于车桥耦合随机振动的桥梁动力安全性分析

研究目的：列车通过桥梁时，过大的桥梁振动会影响桥上列车运行的安全性。为保障列车的安全平稳运行，需建立考虑车桥耦合的随机振动模型，并对桥梁动力性能进行分析。本文基于空间车桥时变耦合系统模型，引入不平顺功率谱，编制基于MATLAB的车桥耦合随机振动分析程序，采用虚拟激励法计算车桥振动响应的标准差。研究结论：（1）与Monte Carlo法相比，虚拟激励法对标准差以及响应功率谱的求解十分简单快速，虚拟激励法分析车桥随机振动精度更高，计算效率提高了1～2个数量级；（2）利用三倍标准差原理，得到随机响应可能出现的上下界限区间，与规范限值比较，从而为桥梁动力安全性分析提供一种新思路；（3）桥梁跨中横向加速度和横向振幅的最大值和最小值曲线基本呈对称分布，其随机性较大，对于桥梁竖向加速度，确定性响应部分与由轨道不平顺引起的随机响应同样重要；（4）桥梁跨中竖向位移的随机性不大，主要由确定性荷载决定其大小；（5）该研究成果可为考虑车桥耦合随机振动的桥梁动力性能评价提供科学依据。

逆虚拟激励法；路面谱；随机振动；车辆振动模型

采用逆虚拟激励法对随机路面谱的识别方法进行了理论推导，并用确定性方法求解车辆平稳随机振动路面谱的识别问题．求解过程中通过给定车辆振动响应的自功率谱和互功率谱，反求路面激励功率谱，然后再计算得出车辆对路面激励的振动响应功率谱．通过模拟仿真，对比了计算路面谱与实际路面谱的差异，验证了推导结果的有效性．研究结果表明，逆虚拟激励法在求解车辆振动响应路面谱方面，具有很好的求解精度和计算效率．该方法为车辆振动平顺性的研究提供了新的思路和方法，具有很好的应用前景。

路面激励空间效应对车桥耦合随机振动的影响

基于GB/T 7031-2005路面不平顺功率谱,建立多点相干输入激励的车桥耦合振动模型,研究路面输入激励空间效应对车桥耦合振动响应的影响。将三轴自卸汽车离散为三维九自由度的弹簧-阻尼-质量体系,桥梁离散为板-壳实体单元,考虑路面不平顺输入激励的时滞性和相干性,基于虚拟激励法建立路面相干激励的三维车桥耦合随机振动模型。以三跨连续梁桥为背景,研究路面输入激励的相干效应、时滞效应及一致效应对车桥系统、车辆振动及频谱特性的影响。结果表明:3种输入激励的空间效应对桥梁位移和加速度振动响应存在差异,路面激励的空间效应对车体响应影响比后悬架明显;路面输入激励的空间效应对车-桥耦合与路面谱的共振频率影响较小;研究路面不平顺激励对车桥耦合振动影响时,需考虑路面不平顺输入激励的空间效应。

基于随机结构的延寿服役海洋平台管节点疲劳寿命可靠度预测方法

将延寿服役平台管节点在进行疲劳寿命可靠度预测的过程中视为随机结构,基于断裂力学疲劳模型,结合随机有限元法和复合随机振动理论,提出海洋平台管节点随机结构在随机波浪作用下疲劳寿命预测方法.通过算例说明了该方法的实用性和简便性,同时计算结果证明结构随机性会对疲劳寿命可靠度预测产生较大的影响.

路面谱函数对车桥耦合随机振动敏感性分析

将桥梁离散为梁单元,车辆简化为两自由度车模型,基于虚拟激励法建立车桥耦合随机振动模型。分别以GB7031谱、Wang谱及ISO谱三种路面不平顺谱函数作为不平顺激励输入,研究路面谱函数对简支梁桥及车辆振动响应的影响。分析三种路面功率谱对桥梁竖向振动响应的影响,研究不同路面谱函数作用下车速对桥梁振动响应的敏感性及车辆振动对路面谱函数的敏感性。研究结果表明:三种路面谱函数引起的简支梁桥跨中竖向位移均方根曲线形状相似;路面谱与车桥耦合共同作用,桥梁及车辆共振频率出现在桥梁一阶频率处;ISO谱引起的车辆振动响应受车速变化敏感性较弱,但桥梁振动响应受车速影响敏感性较强;GB7031谱和Wang谱引起车辆和桥梁的动力响应及频率特性接近,GB7031谱计算结果略大于Wang谱。

广义密度演化方程与经典随机振动分析的比较研究

以结构随机风振响应分析为背景,考察了线性体系在平稳风荷载激励下的随机动力反应,进行了广义密度演化方程与经典随机振动分析的比较。基于物理随机系统研究框架,平稳脉动风荷载模型化为随机Fourier谱。分别以线性单自由度体系和线性多自由度体系为研究对象,比较分析了系统响应的概率密度演化解、理论平稳解和虚拟激励法解答。结果表明,分析系统有限时间内的随机动力反应,概率密度演化方法不仅能够获得渐近平稳段的稳态响应,而且能够反映响应非平稳初始效应的影响,与经典随机振动理论的虚拟激励法解答在均方特征意义上是等价的。

基于逆虚拟激励法的导弹振动谱设计

针对导弹在延寿试验过程中振动谱设计精度低、与实际载荷剖面差距大的问题,提出一种基于逆虚拟激励法的导弹振动谱设计方法。首先,建立了导弹-悬架系统四自由度振动模型,推导出系统激励响应关系;然后,对系统时域响应数据进行Fourier变换,得到响应功率谱矩阵并对其进行分解,构造虚拟简谐响应;最后,基于逆虚拟激励法求得系统激励功率谱,并讨论了响应噪声及系统阻尼对识别精度的影响。实验结果表明:本文方法对于随机振动载荷的识别精度较高、鲁棒性好,零噪声识别误差为2.39%,30%噪声条件下识别误差为3.21%。本文方法同样适用于其他装备的振动试验谱的设计。

广东金马大桥三维地震时程反应研究

广东金马大桥主桥为双索面混凝土独塔斜拉桥与T形刚构的协作体系,其独特结构体系的成功实施引起了工程界的巨大关注.文中采用4组人工生成的地震波,考虑多点激励、行波效应以及结构的几何非线性因素的影响,在竖向、纵向和横向地震波输入下,对金马大桥进行了地震响应研究,分析比较了多点线性一致激励、多点非线性一致激励以及多点行波效应输入情况下主梁、主塔、边墩等控制截面的内力和位移响应时程结果,并对其影响规律进行讨论.由于时域分析采用精细逐步积分格式,使计算结果更加精确.

基于粘性阻尼假定的反应谱CCQC法研究

采用虚拟激励法推导出基于粘性阻尼假定和任意平稳随机地震动的复振型完全平方组合(CCQC)法原始表达式(OCCQC)及其传统简化表达式TCCQC,并与基于复阻尼假定的平稳随机振动分析结果进行对比。结果表明:高厚比较大的结构TCCQC式计算结果偏小较多,而OCCQC式计算结果更加接近,比TCCQC式要更为合理;基于粘性阻尼假定时,阻尼矩阵与复模态分析结果之间相互影响,反应谱CCQC法计算结果不惟一,合理性不易被判定;若粘性阻尼矩阵构造得当,反应谱CCQC法计算结果与基于复阻尼假定的平稳随机振动分析结果接近,但要构造恰当的粘性阻尼矩阵费时费力;结构设置有粘性阻尼类型机械阻尼器时宜采用基于粘性阻尼假定的反应谱CCQC法,否则采用基于复阻尼假定的反应谱CCQC法更加便捷。

基于2.5维有限元法和虚拟激励法的地铁交通场地随机振动分析

基于2.5维有限元法和虚拟激励法进行地铁交通场地随机振动特征分析。基于虚拟激励法由轨道不平顺功率谱得到动态轮轨力功率谱,将其作为轨道—隧道—地基土系统2.5维有限元模型的外部激励,计算得到地面随机振动响应,分析车速和轨道不平顺等级对地面随机振动特征的影响。结果表明:地面振动位移受车辆轴重控制,受轨道不平顺随机激励影响较小;地面振动速度和加速度主频随地铁车速的增加显著增大,轨道不平顺等级不改变地面振动响应的频谱分布;轨道不平顺等级降低和地铁车速增大造成地面随机振动响应的离散度和Z振级最大值显著增加;轨道不平顺随机激励下,地面振动速度和加速度上限值以及Z振级最大值在垂直于地铁运行方向的衰减出现明显波动,距轨道中心线60 m外衰减趋势变缓。

伪随机三频波激电法

伪随机三频波激电法具有高精度、高效率，仪器设备轻便，抗耦、抗干扰能力强，信息量丰富等特点，本方法适合快速普查和详查及工程勘探，１发送机可配多台接收机同时工作，也可采取主剖面和旁侧剖面一道工作，便于进行频谱测量，还可利用频率接头点处的非线性效应深入研究异常源的性质。

等效线性和非线性方法土层地震反应分析对比

根据软土、砂土及黄土的动剪切模量及阻尼比与动剪应变幅值衰减关系,分别输入人工设定的正弦及天然地震加速度时程,使用等效线性方法和非线性方法对水平均质土层的地震反应进行了计算分析。将两种方法计算结果进行了对比,探讨了考虑土体动应力应变关系的非线性方法与等效线性方法计算结果的差别。非线性方法所得土层的动力反应过程滞后于等效线性方法的计算结果。动荷载的频率及强度较低或较高时两种方法计算结果的差异较大,土体的阻尼会放大这种差异。

基于逆虚拟激励法的车辆动载的识别

采用逆虚拟激励法进行车辆行驶随机动载的识别,使用确定性方法求解了车辆平稳行驶动载的识别问题.即已知车辆振动响应的自谱与互谱,在反求路面激励功率谱的基础上,求出车辆行驶动载.并通过计算机模拟识别动载.研究结果表明,根据前轮的响应模拟出的车辆随机动载能较好地反映车辆在不同速度,不同路面上的变化.逆虚拟激励法在求解车辆随机动载上,具有很好的求解精度,为车辆工程实践提出了新的思路和方法.