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基于概率密度演化的大跨越导线铝部风振疲劳可靠度分析

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力学季刊 2024年第2期 543-554页

作者：汪峰洪磊刘章军黄金山三峡大学防灾减灾湖北省重点实验室三峡大学土木与建筑学院武汉工程大学土木工程与建筑学院

为了掌握微风作用下大跨越架空输电导线铝股疲劳特性及其可靠度，提出了基于概率密度演化的大跨越输电导线铝部疲劳可靠度计算方法．首先建立了大跨越塔线体系有限元模型，研究了微风激振下导线悬挂点处振动位移时程，然后构建了导线节... 详细信息

为了掌握微风作用下大跨越架空输电导线铝股疲劳特性及其可靠度，提出了基于概率密度演化的大跨越输电导线铝部疲劳可靠度计算方法．首先建立了大跨越塔线体系有限元模型，研究了微风激振下导线悬挂点处振动位移时程，然后构建了导线节段有限元实体模型，以微风激振作用下导线位移时程为激励，研究了大跨越导线内外层铝股风振疲劳应力时程响应，最后采用概率密度演化方法，考虑线路风速风向概率分布，分析了大跨越导线疲劳可靠度，并与Miner线性累积损伤结果进行比较．结果表明：微风风速越大，大跨越导线振幅越大；微风作用下大跨越导线的外层铝股应力大于内层铝股，外层的钢股应力亦大于内层；大跨越导线运行年限越大，导线内外层铝股可靠度越小，但内层铝股可靠度大于外层铝股可靠度；基于Miner原理计算的铝股疲劳可靠度偏大，建议开展大跨越输电导线疲劳设计时考虑分层特性．

关键词：大跨越输电导线概率密度演化微风振动铝股应力疲劳可靠度

基于概率密度演化的输电塔-线体系抗风可靠性分析

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计算力学学报 2024年第3期41卷 409-414页

作者：谭淳元张文远刘章军武汉工程大学土木工程与建筑学院武汉430074

以三线两塔直线段输电塔-线体系为工程对象,应用有限元数值模拟,建立了基于概率密度演化的输电塔-线体系抗风可靠性分析方法。首先,应用谱表示-降维方法模拟结构脉动风场,生成风荷载的代表性样本集合。然后,结合概率密度演化理论,分析... 详细信息

以三线两塔直线段输电塔-线体系为工程对象,应用有限元数值模拟,建立了基于概率密度演化的输电塔-线体系抗风可靠性分析方法。首先,应用谱表示-降维方法模拟结构脉动风场,生成风荷载的代表性样本集合。然后,结合概率密度演化理论,分析了输电塔-线体系考虑气弹效应的随机动力反应。最后,应用等价极值思想构建了风荷载作用下输电塔-线体系失效准则,进而对输电塔-线体系的抗风可靠性进行精细化分析。本文结合谱表示-降维方法与概率密度演化理论,实现了仅用较少数量的代表性样本来精细地分析结构的抗风可靠性,为工程实践提供参考。

关键词：输电塔-线体系脉动风场谱表示-降维方法可靠性概率密度演化

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地震动演变功率谱模型参数的统计建模

地震工程学报 2024年第1期46卷 126-135,145页

作者：范颖霏姜云木刘章军武汉工程大学土木工程与建筑学院湖北武汉430074 三峡大学水利与环境学院湖北宜昌443002 大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室辽宁大连116024

工程上常将规范反应谱拟合的确定性取值作为地震动演变功率谱参数,这虽然便于工程应用,但同时存在明显弊端:一方面,参数并非从实测强震记录中获得,具有较强的经验性;另一方面,确定性参数生成的地震动样本过于规则,且工程特性单一,无法... 详细信息

工程上常将规范反应谱拟合的确定性取值作为地震动演变功率谱参数,这虽然便于工程应用,但同时存在明显弊端:一方面,参数并非从实测强震记录中获得,具有较强的经验性;另一方面,确定性参数生成的地震动样本过于规则,且工程特性单一,无法全面地反映地震动的随机性。为了克服上述难题,从PEER的NGAGWest2地震动数据库中筛选1766条主轴方向的实测强震记录,并根据《中国地震动参数区划图》建议的场地类别和聚类方法划分为15组;随后,识别实测强震记录的演变功率谱参数,并结合K-S检验和BIC信息准则,确定每个参数最优概率模型;最后,根据演变功率谱参数统计建模结果,结合降维方法,生成了Ⅱ类场地与Ⅲ类场地的代表性时程。与《建筑抗震设计规范》中建议取值不同,研究参数来源于实测地震动,且具有随机性,避免地震动样本工程特性的单一化和规则化。

关键词：参数识别全随机性地震动实测记录统计建模降维模拟

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给定地震场景下的随机地震动降维模拟

防灾减灾工程学报 2024年第2期44卷 353-361页

作者：阮鑫鑫范颖霏刘章军姜云木信阳师范大学建筑与土木工程学院河南信阳464000 武汉工程大学土木工程与建筑学院湖北武汉430074 大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室辽宁大连116024

建立了一种可根据地震场景预测和模拟随机地震动加速度过程的降维模型。首先,挑选了1 766条实测强震记录,根据断层类型和场地类别进行了分组,并识别了各组地震动的演变功率谱参数;然后,基于地震场景参数和演变功率谱参数,训练了两者的... 详细信息

建立了一种可根据地震场景预测和模拟随机地震动加速度过程的降维模型。首先,挑选了1 766条实测强震记录,根据断层类型和场地类别进行了分组,并识别了各组地震动的演变功率谱参数;然后,基于地震场景参数和演变功率谱参数,训练了两者的高斯过程回归模型(GPRM),并采用K-fold交叉验证法,验证GPRM预测的有效性和精确性;最后,基于非平稳随机过程的谱表示法,通过引入随机函数的降维思想,实现了在给定地震场景下的随机地震动降维模拟。数值算例表明,预测的样本在频谱、峰值、强震持时等方面均与实测记录保持一致,体现了本文方法良好的工程适用性。这为地震动目标地区提供较为合理的人工地震动数据以及工程结构的随机地震反应分析与可靠性评价奠定了基础。

关键词：实测地震动记录地震场景参数识别高斯过程回归非平稳地震动过程降维模拟

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架空输电线路非平稳台风风场数值模拟与验证

科学技术与工程 2024年第13期24卷 5406-5414页

作者：汪峰王鑫刘章军黄金山三峡大学防灾减灾湖北省重点实验室宜昌443002 三峡大学土木与建筑学院宜昌443002 武汉工程大学土木工程与建筑学院武汉430074

为了实现架空输电线路非平稳台风风场模拟,考虑非平稳脉动风场的紊流强度和阵风因子特性及其影响,提出了一种架空输电线路非平稳台风风场的模拟方法。首先利用Spline插值方法生成时变平均风速,采用更新时变平均风速的谐波合成法模拟脉... 详细信息

为了实现架空输电线路非平稳台风风场模拟,考虑非平稳脉动风场的紊流强度和阵风因子特性及其影响,提出了一种架空输电线路非平稳台风风场的模拟方法。首先利用Spline插值方法生成时变平均风速,采用更新时变平均风速的谐波合成法模拟脉动风速,然后基于三向风谱功率密度函数,构建了台风风场的时变功率谱,计入风场空间上的相关性,获取了调制进化功率谱,并与模拟台风功率谱比较;最后以沿海500 kV架空输电线路为例,验证了台风模拟方法的合理性。研究结果表明:随着基本时距的增加,台风的非平稳因素所占比重越大;所提出的输电线路非平稳台风模拟方法合理有效。

关键词：输电线路台风模拟非平稳进化谱

基于学习迁移理论的结构力学课程双语教学设计

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高等建筑教育 2024年第4期 138-146页

作者：朱海清刘章军徐丰武汉工程大学土木工程与建筑学院

面向国家建设交通强国的发展目标，交通事业对人才的国际化能力提出了更高要求。推广结构力学双语教学是高等教育培养高水平国际化交通人才的有力措施。首先，概述了华中地区某高校土木工程专业开展结构力学双语教学的可行性；其次，基... 详细信息

面向国家建设交通强国的发展目标，交通事业对人才的国际化能力提出了更高要求。推广结构力学双语教学是高等教育培养高水平国际化交通人才的有力措施。首先，概述了华中地区某高校土木工程专业开展结构力学双语教学的可行性；其次，基于学习迁移理论介绍了英语能力和专业基础能力的横向迁移和纵向迁移；再次，分析了结构力学课程内部知识点的纵向迁移；最后，以“叠加法作弯矩图”为例，说明了结构力学双语教学的设计。实践证明：通过采用结构力学双语教学，提高了学生的学习效率，提升了学生专业能力方面的国际化水平。

关键词：双语教学结构力学学习迁移弯矩图

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多向不规则波浪模拟的降维方法

工程力学 2023年第4期40卷 12-20页

作者：刘章军张文远彭辉武汉工程大学土木工程与建筑学院湖北武汉430074 三峡大学水利与环境学院湖北宜昌443002

基于多向不规则波的3种传统Monte Carlo模拟方法,提出了相应的时空随机场源谱表达,通过引入随机函数的降维思想,推导了3种多向不规则波模拟的降维方法,实现了仅用2个~4个基本随机变量即可精确表达多向不规则波随机场。数值算例表明,采... 详细信息

基于多向不规则波的3种传统Monte Carlo模拟方法,提出了相应的时空随机场源谱表达,通过引入随机函数的降维思想,推导了3种多向不规则波模拟的降维方法,实现了仅用2个~4个基本随机变量即可精确表达多向不规则波随机场。数值算例表明,采用三种降维方法模拟所得代表性样本集的有效波高均符合规范要求。同时,代表性样本集的二阶统计量(模拟值)与目标值拟合一致,且总体上比传统Monte Carlo方法精度更高,验证了降维方法的有效性。此外,通过对比分析三种降维方法的模拟精度和效率,建议了最适用于工程应用的多向不规则波模拟方法,这为结合概率密度演化理论进行海洋工程结构在随机海浪作用下的动力可靠度精细化分析提供了有效途径。

关键词：多向不规则波源谱表达方向谱随机函数降维方法

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基于强震记录的多维地震动降维建模

振动与冲击 2022年第18期41卷 244-251页

作者：刘章军姜云木刘子心岳庆霞三峡大学水利与环境学院湖北宜昌443002 武汉工程大学土木工程与建筑学院武汉430074 防灾科技学院中国地震局建筑物破坏机理与防御重点实验室河北三河065201 山东建筑大学建筑结构加固改造与地下空间工程教育部重点实验室济南250101

地震动具有多维性,如何合理建立多维地震动是复杂工程结构精细化抗震分析的基础。首先,以1 766组实测多维强震记录为依据,建议了一类多维地震动的迟滞相干函数模型;其次,研究地震动平动分量在幅值、持时及频谱之间的关系,建立了多维地... 详细信息

地震动具有多维性,如何合理建立多维地震动是复杂工程结构精细化抗震分析的基础。首先,以1 766组实测多维强震记录为依据,建议了一类多维地震动的迟滞相干函数模型;其次,研究地震动平动分量在幅值、持时及频谱之间的关系,建立了多维地震动的演变功率谱模型;最后,基于本征正交分解的随机向量过程降维方法,实现了仅用两个基本随机变量即可有效模拟多维地震动过程。数值算例表明,降维方法生成的多维地震动代表性时程具有良好效率,且平动分量的相干性、反应谱以及幅值谱均与实测记录拟合一致,验证了多维地震动降维模型的精确性和工程适用性。同时,采用降维方法生成的多维地震动代表性时程具有赋得概率,并构成一个完备的概率集,可与概率密度演化理论相结合,进而为复杂工程结构抗震可靠性精细化评价提供有效途径。

关键词：多维地震动实测强震记录相干函数演变功率谱降维模拟

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考虑塔梁影响的斜拉索随机激励参数振动分析

力学季刊 2023年第2期44卷 469-481页

作者：汪峰周华华刘章军三峡大学防灾减灾湖北省重点实验室湖北宜昌443002 三峡大学土木与建筑学院湖北宜昌443002 武汉工程大学土木工程与建筑学院湖北武汉430074

为了揭示随机激励下斜拉索参数振动特性,考虑塔、梁协同振动的影响,建立了高斯白噪声激励下斜拉索-桥塔-桥面梁耦合振动微分方程,推导了耦合体系的伊藤状态方程组,采用Milstein-Platen法构造了斜拉索振动时程求解迭代格式,研究了斜拉索... 详细信息

为了揭示随机激励下斜拉索参数振动特性,考虑塔、梁协同振动的影响,建立了高斯白噪声激励下斜拉索-桥塔-桥面梁耦合振动微分方程,推导了耦合体系的伊藤状态方程组,采用Milstein-Platen法构造了斜拉索振动时程求解迭代格式,研究了斜拉索振动的时程、统计和频域特性,分析了桥塔侧向扶正作用、激励强度和索塔梁初始位移对拉索振幅产生的影响.结果表明:随机激励下斜拉索振动呈现出双“拍”振现象,“拍”幅值和周期具有随机性;拉索随机位移均值、均方差在振动初期具有长时间的非平稳特性;拉索响应幅值对应的频率和拉索功率峰值对应的频率基本一致,但随机激励下的拉索幅值和功率峰值更大;拉索振动概率密度曲线满足高斯分布和马尔科夫性质;桥塔侧向扶正作用越强,拉索振幅越小;激励强度越小,拉索振幅越小;各结构初始位移越大,拉索振幅越大,且对桥面梁初始位移越敏感.

关键词：斜拉索随机激励耦合模型参数振动塔梁协同振动