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初始横倾角对船舶横摇运动响应的影响

中国舰船研究 2022年第6期17卷 187-192页

作者：章泽文娄相芽余象鹏何林柴威中国船级社浙江分社浙江宁波315100 中国舰船研究设计中心湖北武汉430064 武汉理工大学船海与能源动力工程学院湖北武汉430063

[目的]系统地研究初始横倾角对随机横浪下船舶横摇运动响应的影响。[方法]以路径积分法为基础,通过数值求解控制横摇运动微分方程概率属性的Fokker-Planck方程,得到横摇运动响应的概率分布。[结果]结果显示,初始横倾角对船舶横摇运动响... 详细信息

[目的]系统地研究初始横倾角对随机横浪下船舶横摇运动响应的影响。[方法]以路径积分法为基础,通过数值求解控制横摇运动微分方程概率属性的Fokker-Planck方程,得到横摇运动响应的概率分布。[结果]结果显示,初始横倾角对船舶横摇运动响应谱的影响有限,但对横摇角概率分布以及横摇运动响应极值分布的影响十分明显,且会造成船舶安全性的显著恶化。[结论]路径积分法可作为研究随机海浪下船舶横摇运动特性的有效数值方法。

关键词：初始横倾角横摇运动路径积分法响应极值

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

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振动与冲击 2020年第10期39卷 206-214页

作者：王浩柯世堂南京航空航天大学航空宇航学院南京210016

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;... 详细信息

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。

关键词：特大型冷却塔现场实测非平稳特性响应极值峰值因子

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自升式钻井平台动力响应时域分析

船舶工程 2011年第S1期33卷 117-120,140页

作者：周炳焕郭海强黄守成上海中集海洋工程研发中心上海201206

应用P-M海浪谱进行时域分析,研究波浪载荷对自升式钻井平台结构引起的动力响应.考虑二次弯矩效应、随机种子数、浪流方向、基础固定系数、模拟时间等参数,利用通用软件分别将上述参数对动力响应的敏感度进行相应的分析,给出一些有益的... 详细信息

应用P-M海浪谱进行时域分析,研究波浪载荷对自升式钻井平台结构引起的动力响应.考虑二次弯矩效应、随机种子数、浪流方向、基础固定系数、模拟时间等参数,利用通用软件分别将上述参数对动力响应的敏感度进行相应的分析,给出一些有益的结论用于工程设计.

关键词：自升式钻井平台响应极值动态放大因子时域分析

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考虑时空变异性的可靠性评估研究

考虑时空变异性的可靠性评估研究

作者：南航南京航空航天大学

学位级别：硕士

工程实际中,结构可靠度是时间和空间的函数。现有的可靠性分析方法大多忽略了空间变量给结构带来的不确定影响,可能引起较大的误差。为确保工程结构能够安全地完成其预定功能,研究高效高精度的时空变异可靠性评估方法具有重要科学研究... 详细信息

工程实际中,结构可靠度是时间和空间的函数。现有的可靠性分析方法大多忽略了空间变量给结构带来的不确定影响,可能引起较大的误差。为确保工程结构能够安全地完成其预定功能,研究高效高精度的时空变异可靠性评估方法具有重要科学研究价值及实际应用意义。针对时空变异可靠性问题,本文的研究内容包括:(1)基于结构的响应极值,提出一种时空变异可靠性分析的核密度估计方法。该方法首先利用基于晶格点法的偏分层抽样方法产生随机样本,然后将时间区间分解为子时间区间并在子时间区间内进行极值分析以获取相应极值样本。利用核密度估计拟合响应极值分布,据此求解可靠度。将该方法应用于实际算例,具有较好的精度与计算效率。(2)针对小失效概率的时空变异可靠性问题,提出一种基于自适应Kriging代理模型的评估方法。该方法首先利用拉丁超立方抽样方法产生随机样本池,然后在离散时刻利用序列二次规划方法获取空间响应极值样本。构建空间响应极值的Kriging代理模型,并通过U学习函数选取样本自适应更新Kriging代理模型直至收敛。三个算例验证了该方法能够兼顾效率与精度。(3)提出一种基于多项式混沌展开的时空变异可靠性分析方法。利用少量随机样本直接构建离散时刻空间响应极值的多项式混沌展开代理模型,从而将时空间内的结构响应超曲面转化为空间响应极值在时间上的轨迹,据此进行可靠性分析。将该方法应用于算例并与蒙特卡洛方法进行对比,证明其具有良好的精度与效率性能。(4)对比分析所提三种方法性能。三种方法均需要训练样本集,但只有基于自适应Kriging代理模型方法具有更新策略。基于核密度估计方法所需选择参数最少,基于自适应Kriging代理模型方法次之,基于多项式混沌展开方法选择参数最多。在计算精度与计算效率方面,基于自适应Kriging代理模型方法与基于多项式混沌展开方法有更好表现。

关键词：结构可靠性时空变异响应极值核密度估计自适应克里金多项式混沌展开

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车辆横向位置随机对桥梁空间响应影响分析

车辆横向位置随机对桥梁空间响应影响分析

作者：牟萍长安大学

学位级别：硕士

车辆荷载横向分布是随机车流特性参数之一,是影响车辆荷载效应的一个重要因素。在正常车流情况下,车辆行驶的横向位置是随机的,而在以往设计研究中通常假定车辆在车道中心行驶,这必然与车辆实际行驶的横向位置存在偏差,从而对计算结果... 详细信息

车辆荷载横向分布是随机车流特性参数之一,是影响车辆荷载效应的一个重要因素。在正常车流情况下,车辆行驶的横向位置是随机的,而在以往设计研究中通常假定车辆在车道中心行驶,这必然与车辆实际行驶的横向位置存在偏差,从而对计算结果造成一定程度的影响。因此研究车辆横向分布及梁体产生的相应的响应对于确定新桥设计荷载、桥梁时变可靠性分析、极限承载能力计算和随机车流的仿真模拟等都具有重要的意义。本文采用激光测速仪、摄像机及桥梁动态测试仪同人工辅助记录相结合的方法对某条高速公路进行了24小时不间断交通荷载观测,重点分析车辆过桥时行驶的横向位置,然后运用BDANS (Bridge Dynamic Analysis System)软件系统计算实际交通荷载状况下桥梁结构产生的响应,并对响应值进行详尽的统计研究,同时还对车辆过桥时行驶的横向位置随机与不随机对桥梁结构产生的响应影响进行比较分析。具体研究内容如下：(1)通过对实际调查采集的交通荷载样本数据进行统计分析,研究随机车流时空分布规律,着重分析车辆行驶过桥面某一断面时的车道分布及车辆在车道内各点的轮迹统计规律,总结出车辆荷载横向分布的规律和特性。(2)针对本次交通调查的实际情况,运用BDANS (Bridge Dynamic Analysis System)软件系统计算每一车辆实际过桥时各片梁体产生的动力响应,并将响应极值作为分析对象,研究车辆行驶的横向位置随机下各片梁体的动响应特征,同时探讨不同类型车辆在横向位置下各片梁体的响应规律。(3)假定交通调查的车辆在划分的车道中心行驶,计算每一车辆在横向位置不随机下各片梁的动响应。对车辆行驶过桥时横向位置随机与不随机下车流特性、梁体的动挠度时程曲线以及不同情况下梁体的动挠度、弯矩响应极值进行对比,得到车辆横向位置随机与不随机对桥梁结构的影响及各片梁体响应值对车辆横向位置随机与不随机的敏感度。

关键词：交通调查车辆荷载横向分布随机车流时空分布动响应响应极值

兆瓦级风机停机状态塔筒风致响应半解析计算方法

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兆瓦级风机停机状态塔筒风致响应半解析计算方法

作者：袁酊重庆大学

学位级别：硕士

我国风能资源储量丰富,开发利用风能资源进行风力发电具有巨大的发展前景。建设成本作为限制风电发展的关键因素要求合理设计,既要保证设计安全也要防止设计过于保守导致成本过高。当风速超过切出风速后,风机处于停机状态,这要求结构设... 详细信息

我国风能资源储量丰富,开发利用风能资源进行风力发电具有巨大的发展前景。建设成本作为限制风电发展的关键因素要求合理设计,既要保证设计安全也要防止设计过于保守导致成本过高。当风速超过切出风速后,风机处于停机状态,这要求结构设计时准确估算停机状态下风机响应极值。基于数值仿真软件可进行时程分析确定动力响应极值,但数值仿真计算量大,效率较低,难以适应风机快速、精细选型的设计需求。因此急需高效的风机塔筒响应极值计算方法。本文针对工程中常用的变桨距控制型风机,借鉴建筑结构设计中常采用的频域方法对停机状态下兆瓦级风机在风荷载作用下的极值响应进行研究,提出了快速估算塔筒风致极值响应的半解析方法。本文的主要工作和结论包括:综述了大型风机的极值响应计算方法中时域和频域算法目前的研究现状及存在的问题。从准定常假定出发,明确了变桨距控制型风力机在停机工况下风机叶片截面处风速分解方式;以风振响应随机振动频域分析方法为基础提出了适用于求解变桨距控制型风力机基底弯矩响应的解析方法。该方法通过对叶片截面局部风速分解充分考虑了顺风向、横风向和竖向脉动风速分量对响应方差的贡献。然后基于目前常用的几种不同型号大型风机,通过时域法得到了平均响应、脉动响和极值响应精确解,检验了解析表达式的准确性并针对解析方法存在的问题提出了相应的修正方法。对于平均响应,本文先以5MW风机为例,比较了用数值分析软件Open FAST和基于准定常理论的解析方法计算的塔筒基底弯矩的均值响应,结果表明:随着结构柔性的增加,叶片质量的不均匀分布导致的偏心弯矩发生变化,同时由于既有解析表达式无法准确计算力臂变化,使得两种方法计算结果存在差异。既有解析表达式的均值计算结果总是小于Open FAST计算的响应均值,直接应用既有解析表达式可能偏危险。因此本文通过分析计算结果提出了适用于5MW风机基底弯矩均值既有解析表达式的半经验修正方法,并且通过1.5MW和15MW风机响应计算结果验证了所提出的半解析方法的效果。对于脉动响应,首先通过数值模拟和基于准定常理论的解析方法计算对比了顺风向和横风向的响应功率谱,结果表明:在低于结构自振频率的低频部分,两种方法计算得到的顺风向和横风向响应功率谱均吻合良好;在结构自振频率附近的共振部分,顺风向响应功率谱吻合良好,而横风向响应功率谱差异较大,因此认为横风向气动阻尼的计算不准确是产生误差的主要原因。然后对5MW、10MW和15MW风机进行了数值模拟分析,采用随机减量技术通过数值模拟时程分别识别了三种型号风机在不同风场条件下的气动阻尼,发现气动阻尼几乎不受来流湍流度的变化影响;在轮毂高度处平均风速在25m/s～50m/s间变化时,顺风向气动阻尼识别结果与本文所提解析表达式计算结果吻合良好,而横风向气动阻尼数值趋于一个稳定的常数。分析了气动阻尼解析表达式产生误差的原因,并提出了横风向气动阻尼经验参考值。最后,本文对塔筒极值响应进行了分析,分别研究了风机顺风向基底弯矩和横风向基底弯矩的概率分布特性。阐明了顺风向响应可以偏保守地用高斯过程的峰值因子进行估算,横风向的响应由于受到负气动阻尼的影响呈现出窄带宽与较弱的硬化非高斯特性,导致横风向基底弯矩的峰值因子比高斯过程的略小,偏于保守。因此本文建议在估算横风向基底弯矩极值时考虑负气动阻尼引起的窄带特性的影响。

关键词：变桨距控制型风机准定常风机塔筒响应极值解析表达式

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土石坝地震可靠度分析

土石坝地震可靠度分析

作者：赵士强大连理工大学

学位级别：硕士

20世纪50年代以来,国内外在强地震区建造的土石坝日渐增多。今后几十年,特别是在中国,将有更多的土石坝在强地震区兴建,从而使这一工程的抗震技术日益受到关注。土石坝的抗震设计存在大量的不确定性,包括土性参数的不确定性、计算模型... 详细信息

20世纪50年代以来,国内外在强地震区建造的土石坝日渐增多。今后几十年,特别是在中国,将有更多的土石坝在强地震区兴建,从而使这一工程的抗震技术日益受到关注。土石坝的抗震设计存在大量的不确定性,包括土性参数的不确定性、计算模型参数的不确定性、模型尺寸的不确定性以及地震荷载的不确定性等等,以往的设计中,工程设计人员常常把实际工程中的这些不确定性归结为一个确定性的安全系数上,对于静力计算通常会预留出较富裕的安全储备,但对于随机性很强的地震作用,安全系数很高的土石坝可能因为一次地震作用就出现永久性的破坏,这与地震动的峰值加速度、卓越周期以及持时都有很大关系。本文基于传统定值设计法的不足,考虑地震动的随机性,用可靠度指标评价土石坝的安全程度。同时,文中对比了多种传统可靠度计算方法,认为以往的可靠度分析方法主要分为静力和动力两类,静力可靠度方法多用来解决材料参数以及方法本身的不确定性,对于地震动的随机性,往往不能独立使用;动力可靠度方法主要是基于随机振动首次超越概率理论提出的可靠度计算公式,这种方法应用理论多、难度大、成果较少且计算过程复杂。鉴此,本文引用了一种解决土石坝地震可靠度的简便思路—响应极值分布法,通过考察土石坝地震响应极值的概率分布,给出了土石坝在一系列符合某场地地震统计特性的地震动作用下结构直观的失效概率和可靠度指标。在此思路基础上,本文做了以下几项工作： (1)通过时域和频域内双重非平稳性的地震动模型,人工合成了大量峰值加速度满足某种分布规律的随机地震波,考察了某些土石坝地震响应(坝顶加速度反应、加速度放大倍数、坝坡安全系数、坝体竖向永久变形)的概率分布,分析了地震参数(震级、震中距)对这些响应分布的影响情况。 (2)将坝坡最小安全系数的分布拟合为概率密度函数,计算了土石坝坝坡地震作用下的失效概率和可靠度指标,列出了最小安全系数不同的临界值下土石坝的失效概率参考值。 (3)将土石坝坝顶竖向永久变形量的分布拟合为概率密度函数,计算了土石坝由于震陷而导致的失效概率和可靠度指标,用《水利水电工程结构可靠度设计统-标准》中可靠度指标的参考值,对土石坝给出危险性评价。

关键词：地震可靠度响应极值概率分布地震动模型