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航空学报 2021年第2期42卷 217-229页

作者：马宗占许志唐硕张迁西北工业大学航天学院西安710072 陕西省空天飞行器设计技术重点实验室西安710072

为提高运载火箭在大气层外当推力出现故障条件下制导算法的最优性、鲁棒性和适应性,提出了一种改进的迭代制导方法。该方法以基于最优控制理论推导的解析形式作为最优控制解,并推导出以5个轨道根数作为终端约束的横截条件,增强了算法的... 详细信息

为提高运载火箭在大气层外当推力出现故障条件下制导算法的最优性、鲁棒性和适应性,提出了一种改进的迭代制导方法。该方法以基于最优控制理论推导的解析形式作为最优控制解,并推导出以5个轨道根数作为终端约束的横截条件,增强了算法的最优性;迭代过程中采用高斯-勒让德方法计算推力积分,并采用球极坐标系下泰勒多项式逼近方法计算引力积分,提高了故障模式下算法的积分精度;该算法采用降维迭代求解模式,并结合对控制变量的合理限幅,保障了推力故障条件下算法的实时性和收敛性。分别基于蒙特卡洛打靶和推力故障条件下进行仿真验证,结果验证了所提方法具有较强的最优性、鲁棒性和故障适应能力。

关键词：运载火箭迭代制导横截条件降维迭代推力故障

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非一致地震激励下大跨度桥梁弹塑性随机响应分析研究

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振动与冲击 2021年第12期40卷 297-304,310页

作者：刘小璐苏成聂铭广东电网有限责任公司电力科学研究院广州510080 华南理工大学土木与交通学院广州510640

大跨度桥梁地震激励具有明显的非一致性和随机性,且在强震作用下大桥部分构件会进入弹塑性状态,然而目前尚缺乏非一致地震激励下大跨度桥梁弹塑性随机响应的有效计算方法。在大质量法的基础上推导了非一致地震激励下大跨度桥梁弹塑性动... 详细信息

大跨度桥梁地震激励具有明显的非一致性和随机性,且在强震作用下大桥部分构件会进入弹塑性状态,然而目前尚缺乏非一致地震激励下大跨度桥梁弹塑性随机响应的有效计算方法。在大质量法的基础上推导了非一致地震激励下大跨度桥梁弹塑性动力响应的时域显式表达式,利用该表达式的降维列式优势,仅需针对结构弹塑性单元自由度进行迭代计算,进而对大跨度桥梁结构快速开展弹塑性时程分析;结合蒙特卡罗法,高效获取非一致地震激励下大跨度桥梁的弹塑性随机响应。以某主跨为1200 m的悬索桥为工程实例,采用纤维梁柱单元模拟大桥弹塑性构件,开展顺桥向非一致地震激励下的弹塑性时程分析以及弹塑性随机振动分析,验证了该方法的正确性和高效性。研究结果表明,该大桥非一致地震激励下的内力标准差和平均峰值比一致地震激励下的结果既可能偏大也可能偏小。

关键词：大跨度桥梁随机振动非一致地震激励弹塑性降维迭代

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基于时域显式随机模拟的隔震结构易损性分析方法研究

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作者：梁炽峰华南理工大学

学位级别：硕士

隔震设计可使工程结构的自振频率远离场地特征频率,减少地震能量输入;某些隔震装置还具有耗散地震能量的作用,可进一步减少上部结构响应。作为抵御地震作用的有效手段之一,目前隔震技术已应用于包括高层建筑、大跨桥梁和核电站等在内的... 详细信息

隔震设计可使工程结构的自振频率远离场地特征频率,减少地震能量输入;某些隔震装置还具有耗散地震能量的作用,可进一步减少上部结构响应。作为抵御地震作用的有效手段之一,目前隔震技术已应用于包括高层建筑、大跨桥梁和核电站等在内的工程结构设计中。随着隔震结构的广泛应用,相应的隔震结构地震风险评估需求也越来越迫切,而易损性分析可为相关评估提供重要依据。当前的基础隔震结构易损性分析方法仍存在计算效率不高或精度不足的缺点,本文从非平稳随机地震动的角度出发,基于时域显式随机模拟法,建立了基础隔震结构的易损性分析新方法,该方法相对于传统方法具有高效率和高精度的计算优势。此外,由于隔震装置自身的力学性能对基础隔震结构的响应有决定性影响,因此相关易损性分析还需考虑隔震支座参数的不确定性影响。本文考虑区间分布的隔震支座参数,采用区间分析中的端点组合法,与时域显式随机模拟法相结合,计算得到易损曲线的包络区间。本文研究完成了如下工作:(1)归纳总结了工程结构易损性分析的常用方法(回归分析法,概率需求模型,响应面法和gPC法等),对每个方法各自的特点和目前的研究现状进行综合评述。(2)考虑到地震激励的非平稳随机过程本质,采用随机振动方法来进行易损性分析更具合理性,能获取准确的易损性分析结果。因此,将随机振动理论引入到易损性分析中,结合时域显式随机模拟法对非隔震结构进行易损性分析。(3)推导得到基础隔震剪切型结构的地震响应的时域显式迭代求解列式,提出基于时域显式随机模拟的隔震设计易损性分析方法。首先建立求解局部非线性运动方程的显式降维迭代列式,继而与随机模拟相结合,求解层间位移和隔震层位移的首超概率,最终考虑不同地震动强度得到隔震设计易损性曲线。算例结果表明,相比于传统蒙特卡罗方法,本文方法具有一致的计算精度,同时具有更高的计算效率,大幅减少了计算工作量,提高了通过随机模拟准确计算易损性曲线的计算效率,有利于隔震设计易损性分析的工程应用。(4)研究隔震支座的参数(初始刚度、屈服后刚度和支座尺寸)非确定性对隔震结构易损性的影响。根据设计规范要求和相关支座实验,将隔震支座的非确定参数考虑为区间变量,采用简化的端点组合法,结合时域显式随机模拟法,求解得到区间分布形式的隔震设计易损性曲线,方便工程应用。

关键词：易损性随机振动基础隔震时域显式降维迭代随机模拟区间变量端点组合法

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考虑非线性因素的结构振动快速模型预测控制

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作者：李飞大连理工大学

学位级别：硕士

在土木工程实际应用中,结构振动主动控制往往涉及物理受限、时滞、不确定干扰及非线性等问题,这使得研究考虑诸类问题的控制算法变得很有意义。近年来,模型预测控制因其在处理约束控制问题的优势而备受关注。本文分别针对考虑输入受限... 详细信息

在土木工程实际应用中,结构振动主动控制往往涉及物理受限、时滞、不确定干扰及非线性等问题,这使得研究考虑诸类问题的控制算法变得很有意义。近年来,模型预测控制因其在处理约束控制问题的优势而备受关注。本文分别针对考虑输入受限和局部非线性的结构振动主动控制问题提出快速模型预测控制方法。具体的研究工作如下:针对输入受限非线性因素,提出考虑输入受限大规模结构振动的快速模型预测控制。首先根据二阶结构动力学微分方程,推导了Newmark-β法动力显式表达式。然后基于参变量变分原理,将传统输入受限模型预测控制的线性二次规划问题转化为线性互补问题,并利用Newmark-β法动力显式表达式的物理意义,通过求解一次线性互补问题和一次瞬态分析来计算所预测的最优控制力,该过程既确保了在线计算时间,也极大地提高了离线计算效率,并显著降低了运行内存。最后以一个平面毗邻框架建筑结构为例进行数值仿真,结果表明:本文所提出的考虑输入受限快速模型预测控制能够有效抑制结构的振动,且计算效率高、鲁棒性良好,适用于大规模结构振动控制问题的求解。针对结构自身局部非线性因素,提出考虑局部非线性结构振动的快速模型预测控制。首先利用Newmark-β法,推导了局部非线性结构动力响应的时域递推表达式。然后基于该递推表达式,一方面推导了局部非线性结构时域显式降维迭代方法,避免了在获取预测初始状态时直接对非线性方程的所有维度完全迭代求解,显著提高了迭代计算效率;另一方面建立了考虑局部非线性结构振动控制的预测模型,并进一步结合最优控制思想及变分原理,求得所预测的最优控制力。最后分别以局部非线性弹簧振子系统在简谐激励作用下的动力学分析和含粘滞阻尼器毗邻框架建筑结构在地震激励作用下的振动控制为例进行了数值仿真,结果表明:本文所提出的考虑结构局部非线性模型预测控制算法计算准确且控制效果令人满意。

关键词：输入受限局部非线性快速模型预测控制动力显式表达式降维迭代

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