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《大连理工大学》 2004年
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隔震结构优化设计和工程数值方法中的混沌

杨迪雄  
【摘要】:基于性能的抗震设计以及基础隔震、消能减震和结构控制是工程结构抗震技术的发展方向和趋势,它们从理念到实施方法彼此紧密联系,这些发展趋势将对工程结构抗震带来重大的变化和影响。在这些方向中,基础隔震结构以其优良的减震效果、安全性、耐久性、经济性、适用性,得到地震工程界的认可。目前,叠层橡胶支座隔震技术已经较为成熟,成为很重要的一种结构控制技术。 本文分为两大部分:隔震结构优化设计和工程数值方法中的混沌。第一部分以正在大力推广应用的基础隔震技术为研究重点,开展了以下研究工作: 首先系统总结和评述了隔震结构的国内外研究和应用状况,讨论了需要研究解决的主要问题。 其次,进行了基于投资—效益准则的隔震结构一体化优化设计。由于推广隔震结构面临的一个重要问题是投资问题,作者基于投资—效益准则,以铅芯橡胶支座基础隔震结构全寿命周期内的初始造价和失效损失总造价最小为优化目标,以上部结构构件截面尺寸和隔震器参数为设计变量,建立隔震结构一体化优化设计模型和计算方法:分别采用反应谱方法和时程分析法,对钢筋混凝土框架隔震结构进行一体化优化设计;应用含潜在约束策略的序列二次规划算法,并结合选择性动态圆整法进行具有连续、离散混合变量的隔震结构的非线性动力优化设计。 第三,对近断层地震动作用下铅芯橡胶支座隔震结构进行反应分析和优化设计。考虑到近断层地震动的长周期脉冲运动可能对隔震结构的抗震性能产生不利影响,以实际近震、远震记录为地震动输入,对钢筋混凝土框架隔震结构进行非线性地震反应时程分析,计算结果表明隔震结构的近震脉冲效应非常显著,是隔震设计不容忽视的问题;进行了近断层地震动作用下隔震结构的一体化优化设计,结果表明,对考虑脉冲型近震作用的隔震结构进行参数优化设计后,该隔震结构能同时满足脉冲型和普通非脉冲型近震作用的结构设计需求。 上述研究通过对结构构件截面尺寸和隔震器参数的同时优化,以提高隔震结构的抗震能力,降低结构的建设总造价,为隔震结构的实际设计提供优化的参照和依据。从结构抗震性能、初始造价和失效损失三方面的收益分析表明,与普通抗震设计相比,隔震设计更经济地实现了基于投资—效益准则的总造价最小的优化目标。 最后,对以分灾抗震设计为代表的建筑结构新概念设计作了一定探索,整理提炼和总结讨论了结构分灾抗震设计、结构仿生设计的基本概念、设计原则和工程应用。结构设计概念和设计方法发展的相对滞后妨碍和影响了工程师的设计实践,需要人们整理和提炼工程设计实践中具有一定普遍性和先进性的设计概念和理念,建立新的设计概念和方法,发展现代结构设计方法学,以丰富和创建结构新体系。 多年来,利用混沌动力学理论已经有效地解决了工程与科学领域许多离散和连续动力系统的强非线性问题。结构工程和工程力学中许多控制性方程高度非线性,导致求解这些非线性控制方程的数值计算方法往往因为不收敛而失败,例如,在第一部分基于反应谱法的隔震结构优化设计研究中,迭代计算就多次出现周期解振荡不收敛现象。可是,目前对数值计算方法失败的原因并不十分清楚,往往只是给出了表面的解释,揭示决定性的因素并寻求相应的对策对于科学工程计算非常必要和重要。另一方面,近年来,混 浊优化方法、混沌神经网络等已被作为全局优化方法应用于化工、机械、土木、控制工 程等多学科优化问题的求解。因此,本文的第二部分研究探讨了工程数值方法中的混沌 动力学问题,具体包括: 进行了非线性函数的混沌优化方法的比较研究。本文通过对混沌/随机优化混合方法 的全局优化计算效率和寻优能力进行比较,指出混沌优化方法是与Monte Carl。方法类 似的又一种随机性试验优化方法的本质,澄清了混沌优化方法这一全局优化算法的计算 效果,即其实际效果不如一些文献中声称的那么高效. 应用混沌动力学理论分析了一次可靠度方法FORM的收敛性问题。针对FORM算 法对一些非线性极限状态函数的可靠指标迭代求解不收敛现象,引入混沌动力学观点讨 论FORM收敛失败的非线性动力学根源,给出了几个典型函数在参数区间上的可靠指 标分岔图,展示了极限状态函数经过FORM迭代成为非线性映射后计算结果的周期振 荡、分岔和混沌等复杂动力学现象,计算和讨论了非线性映射的Lyapunov指数,以全 面理解可靠度分析程序的计算结果,为应用、开发和评价近似可靠度算法提供了新视角。 关键词:基础隔震结构,投资一效益准则,铅芯橡胶支座,一体化优化设计,近断层脉 冲型地震动,分灾抗震设计,混沌动力学,混沌优化方法,一次可靠度方法FORM
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TU352.1

【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 冯麟涵;舰船系统抗冲击性能全局优化方法研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
2 易平;概率结构优化设计的高效算法研究[D];大连理工大学;2007年
3 李忠军;高架桥梁地震碰撞分析及控制[D];哈尔滨工业大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 韩爱红;基础隔震结构动力响应分析的理论研究[D];西北工业大学;2007年
2 孙兰玉;金属滑移支座隔震性能分析[D];山东大学;2010年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 杨铭;重力式挡土墙优化设计[J];四川建筑科学研究;1987年02期
2 张国军,刘伯权,李应斌,吴涛;抗震结构破坏准则的研究进展[J];四川建筑科学研究;2002年03期
3 王建强,姚谦峰;基础隔震偏心结构扭转振动反应分析[J];四川建筑科学研究;2004年01期
4 雷开贵,李永双,邓子辰;高层建筑结构混合控制系统的H_∞鲁棒控制研究[J];四川建筑科学研究;2004年02期
5 张世海,刘正保,张世忠;高层建筑结构选型需求分析[J];四川建筑科学研究;2004年04期
6 孙俊,刘铮,刘永芳;工程结构基于性能的抗震设计方法研究[J];四川建筑科学研究;2005年03期
7 韦爱凤;高层建筑钢筋混凝土连梁的设计和研究[J];四川建筑科学研究;2005年04期
8 王建强,姚谦峰;基础隔震密肋壁板大开间结构地震反应分析[J];四川建筑科学研究;2005年04期
9 陆湘昆,王东;应用PKPM结构设计软件应重视的问题[J];四川建筑科学研究;2005年05期
10 胡兴福;熊峰;李辉;;大底盘双塔楼结构刚度控制方法研究[J];四川建筑科学研究;2005年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 邵韦平;吴晶晶;;从高效益角度看待当前我国公共建筑设计中的节约问题[A];中国建筑学会2007年学术年会论文集[C];2007年
2 农绍宁;谢建华;谭长建;陈大林;;一个干摩擦自激振动系统的Hopf-Hopf分岔分析[A];第十一届全国非线性振动学术会议暨第八届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议论文集[C];2007年
3 刘伟庆;王曙光;;建筑结构隔震减震设计的现状与发展趋势[A];第六届全国工程结构安全防护学术会议论文集[C];2007年
4 陈予恕;;关于动力学和工程非线性动力学的内容结构[A];第九届全国振动理论及应用学术会议论文集[C];2007年
5 方同;;有关混沌及其控制与同步的理解[A];第九届全国振动理论及应用学术会议论文集[C];2007年
6 杨永锋;任兴民;秦卫阳;;不同数值算法对非线性响应的影响[A];第九届全国振动理论及应用学术会议论文集[C];2007年
7 赵子辉;谢永慧;;碰撞阻尼围带叶片振动特性研究[A];第九届全国振动理论及应用学术会议论文集[C];2007年
8 张莹;徐伟;方同;;含有界随机参数的双势井Duffing-van der Pol系统的随机混沌分析及控制[A];第十二届全国非线性振动暨第九届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议论文集[C];2009年
9 杜永峰;李慧;吴忠铁;李松;唐能;;近场多维地震激励的隔震结构高宽比限值分析研究[A];中国计算力学大会'2010(CCCM2010)暨第八届南方计算力学学术会议(SCCM8)论文集[C];2010年
10 庄金钊;蒋秀根;剧锦三;汪九林;;地震作用下钢框架结构弹塑性层间最大位移反应简化计算[A];都市农业工程科技创新与发展——2005北京都市农业工程科技创新与发展国际学术研讨会论文集(Ⅱ)[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 吴冬梅;基于达芬振子的微弱信号检测方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 戚增坤;突变控制机制及其在船舶非线性横摇运动中的应用研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 谭佳琳;粒子群优化算法研究及其在海底地形辅助导航中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 冯麟涵;舰船系统抗冲击性能全局优化方法研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
5 陈得宇;基于MAS的智能电压控制系统研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 王学庆;考虑土—结构动力相互作用的巨型框架隔震悬挂结构动力响应分析[D];辽宁工程技术大学;2009年
7 刘冬雁;川西高原甘孜黄土记录的早更新世晚期以来的古气候变化[D];中国海洋大学;2009年
8 李方义;区间非概率多目标优化设计方法及其在车身设计中的应用[D];湖南大学;2010年
9 刘文静;LRB隔震桥梁的可靠性与等效线性化方法研究[D];华中科技大学;2010年
10 王栋;随机与混沌神经放电节律的时间序列分析[D];陕西师范大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张小亮;非线性规划的信赖域算法[D];河南理工大学;2010年
2 马飞飞;框架结构轻钢加层的地震反应分析研究[D];山东科技大学;2010年
3 徐芳芳;优化问题的PVD算法研究[D];山东科技大学;2010年
4 曹永超;超混沌系统的生成及同步控制研究[D];山东科技大学;2010年
5 朱耿峰;支持向量机在冲击地压预测模型中的应用研究[D];山东科技大学;2010年
6 韩晓峰;高斯混合模型及在探测网络社区结构中的应用[D];山东科技大学;2010年
7 董涛;生物基因调控系统和钙离子振荡体系的动力学行为研究[D];广西师范学院;2010年
8 刘孝;在役梁桥优化维修决策研究[D];郑州大学;2010年
9 易明;地震作用下渡槽结构的动力可靠度分析[D];郑州大学;2010年
10 任克彬;大型渡槽结构主动变阻尼控制研究[D];郑州大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 ;面向新世纪的抗震技术──基础隔震技术[J];安徽建筑;1999年01期
2 于海龙,朱晞;地震作用下简支梁桥梁间碰撞的反应性能[J];北方交通大学学报;2004年01期
3 樊莉;谭南林;沈栋平;;基于显式动力学的滚动轴承接触应力有限元分析[J];北京交通大学学报;2006年04期
4 李业农,施祖康;机构运动可靠度的研究[J];兵工学报;2003年01期
5 赵丽滨,张建宇,王寿梅;精细积分方法的稳定性和精度分析[J];北京航空航天大学学报;2000年05期
6 韩淼,王秀梅;基础隔震技术的研究现状[J];北京建筑工程学院学报;2004年02期
7 张振华,朱锡,白雪飞;水下爆炸冲击波的数值模拟研究[J];爆炸与冲击;2004年02期
8 隆玄民;;舰艇生命力与生命力设计[J];船舶工程;1989年03期
9 张平,彭戈,程智斌;舰艇作战系统生命力评估[J];船舶工程;1999年03期
10 崔鲁宁,浦金云,蔡一轮;舰船电力系统生命力的加权模糊综合评判[J];船舶工程;2003年05期
中国博士学位论文全文数据库 前9条
1 刘建湖;舰船非接触水下爆炸动力学的理论与应用[D];中国船舶科学研究中心;2002年
2 白金泽;基于神经网络方法的鸟撞飞机风挡反问题研究[D];西北工业大学;2003年
3 韩维;斜碰撞振动系统动力学研究[D];南京航空航天大学;2003年
4 许林;基于可靠度的结构优化研究[D];大连理工大学;2004年
5 王丽;大跨度立交桥抗震设计理论与方法[D];北京工业大学;2005年
6 陆凯;无人战斗机系统及其全寿命周期费用研究[D];西北工业大学;2002年
7 颜桂云;地震、风激励作用下高层建筑振动控制的研究[D];浙江大学;2005年
8 亓兴军;桥梁减震半主动控制研究[D];中国地震局地球物理研究所;2006年
9 张爱国;设备运行阶段风险管理研究[D];天津大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 滕祥泉;非比例阻尼空间结构弹性动力有限元时程分析[D];天津大学;2004年
2 卓秋林;公路简支斜梁桥地震反应分析[D];福州大学;2005年
3 王胜光;螺纹副联接结构中接触非线性问题的研究与软件开发[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2005年
4 赵雅丽;大跨度钢管混凝土拱桥的地震响应分析[D];浙江大学;2005年
5 唐晖;显式积分格式及其在波动有限元模拟中的应用研究[D];中国地震局地球物理研究所;2005年
6 赖跃;重型车辆与半刚性护栏碰撞的有限元分析[D];同济大学;2006年
7 朱孟巍;船舶与海洋平台碰撞的动力特性研究[D];武汉理工大学;2006年
8 黄羽立;FRP约束混凝土的分析与本构模型[D];清华大学;2005年
9 贝伟明;建筑结构利用磁流变阻尼器减震的优化设计[D];大连理工大学;2006年
10 雷镭;双圆弧弧齿锥齿轮接触应力的有限元分析[D];天津工业大学;2006年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前3条
1 刘震;易平;赵秀丽;;概率约束评估的功能度量法及其MATLAB实现[J];四川建筑科学研究;2011年06期
2 赵秀丽;易平;;MatLab与Fortran混合编程实现结构优化和可靠性分析[J];水利与建筑工程学报;2012年03期
3 刘少华;李连升;刘继红;;基于性能测量法的序列化多学科可靠性分析[J];计算机集成制造系统;2010年11期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 刘翔;面向动力性能的抗冰导管架平台优化设计研究[D];大连理工大学;2008年
2 李会军;大跨度空间网格结构的可靠度、敏感性及失效过程研究[D];大连理工大学;2011年
3 何玲;枪械自动机关重件冲击疲劳实验机相关理论与实验研究[D];南京理工大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李伟业;RFID信息化图书馆设备参数优化研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 刘珍;基础隔震结构体系地震反应研究[D];山东大学;2008年
3 孙兰玉;金属滑移支座隔震性能分析[D];山东大学;2010年
4 张璐璐;序列优化与可靠性评定方法的收敛控制[D];大连理工大学;2010年
5 高显忠;战术导弹概率设计与蒙特卡罗方法研究[D];国防科学技术大学;2009年
6 王闯;叠层橡胶支座基础隔震结构应用研究[D];重庆大学;2010年
7 刘震;可靠度的高效算法研究[D];大连理工大学;2011年
8 张宗方;大型自然通风冷却塔失效分析与优化设计[D];大连理工大学;2011年
9 夏明辉;滑移隔震结构隔震装置损伤分析及抗倾覆验算[D];西安建筑科技大学;2011年
10 汪质文;金属隔震支座抗倾覆研究[D];山东大学;2011年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李石;国内外学术会议简报[J];力学与实践;1979年03期
2 陈飙松;张洪武;亢战;陈同祥;刘刚;康健;;载人航天器结构优化设计的数值方法[J];载人航天;2009年04期
3 曾德民,苏经宇,樊水荣,马东辉;建筑基础隔震结构体系的发展(续上期)[J];当代建设;1997年02期
4 С.О.Александрович,У.А.Михайлович,徐显毅;在选择隔震基础结构参数时地震作用特性的考虑[J];世界地震工程;1997年03期
5 ;零讯[J];国际地震动态;1998年11期
6 刘季宇,罗俊雄,卢睿芃,林沛旸;隔震供电变压器之耐震试验与系统识别[J];地震工程与工程振动;2001年S1期
7 韦德香,崔湘玲,张元超;结构被动控制研究进展[J];贵州工业大学学报(自然科学版);2001年06期
8 熊衡峰;大跨度斜拉网架结构的隔震研究[J];广东土木与建筑;2003年10期
9 赵歆冬,王社良,惠宽堂,赵祥;设有形状记忆合金自复位阻尼器隔震结构的地震反应分析[J];西安建筑科技大学学报(自然科学版);2004年04期
10 孙作玉,王晖;一种新的隔震换能控制装置及其应用[J];振动工程学报;2004年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 杨和振;陈金峰;马宁;王德禹;;知识工程应用于船舶结构的优化设计研究[A];2011年CAD/CAM学术交流会议论文集[C];2011年
2 顾元宪;陈飙松;;航天结构优化设计的数值方法[A];首届全国航空航天领域中的力学问题学术研讨会论文集(下册)[C];2004年
3 陈国藩;;计算机辅助结构优化设计的新动向[A];中国土木工程学会计算机应用学会学术报告会论文集(4)[C];1989年
4 易平;程耿东;;基于功能测度的概率结构优化设计的序列近似规划方法[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集(下)[C];2005年
5 邢朝洋;徐贤琳;何胜;;石英音叉陀螺结构优化设计[A];2003年惯性仪表与元件学术交流会论文集[C];2003年
6 黄见东;王遒堂;;钢框架结构优化设计[A];中国土木工程学会计算机应用学会学术报告会论文集(4)[C];1989年
7 姜成;亢战;顾元宪;;复合材料中心承力筒结构优化设计[A];计算力学研究与进展——中国力学学会青年工作委员会第三届学术年会论文集[C];1999年
8 王湛;何嘉年;梁永德;;基于可靠度的框架结构优化设计[A];钢结构工程研究⑧——中国钢协结构稳定与疲劳分会第12届(ASSF-2010)学术交流会暨教学研讨会论文集[C];2010年
9 张师定;;带权重的模糊规划及其在结构优化设计中的应用[A];中国系统工程学会模糊数学与模糊系统委员会第五届年会论文选集[C];1990年
10 魏英姿;郭鹏飞;;基于遗传算法的混合离散变量结构优化设计[A];第七届全国结构工程学术会议论文集(第Ⅰ卷)[C];1998年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 记者 任小昌 刘仁;隔震新技术 为建筑物安全“加分”[N];广元日报;2009年
2 任松筠 南工萱;隔震新技术可为建筑物安全“加分”[N];新华日报;2008年
3 记者 陈瑾;全国首座“隔震”高层在蓉建造[N];成都日报;2009年
4 记者 王燕宁 通讯员 徐少亚 杨芳;专家推介隔震抗震新技术[N];科技日报;2009年
5 本报记者 刘怀英;抗震技术好 地动房不倒[N];广元日报;2010年
6 高文;工业结构设计的新手段[N];计算机世界;2008年
7 山泉平川;苏州金龙主打安全牌[N];中国交通报;2007年
8 王书亭;CAE促机电产品研发创新[N];计算机世界;2006年
9 本报记者 薛秀泓;国产避震技术要走节约型之路[N];中国改革报;2008年
10 本报驻堪培拉记者 陈小方;自然“眷顾” 功在“人为”[N];光明日报;2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 杨迪雄;隔震结构优化设计和工程数值方法中的混沌[D];大连理工大学;2004年
2 唐海红;基于遗传算法的连续梁桥优化设计方法与应用研究[D];哈尔滨工业大学;2009年
3 田力;地下爆炸波冲击下地面结构动力响应及滑移隔震研究[D];天津大学;2004年
4 熊仲宇;基于计算机智的结构优化设计[D];南京航空航天大学;2001年
5 吴高峰;大跨度箱形梁结构剪力滞效应及非线性抗震性能研究[D];北京化工大学;2005年
6 李延涛;考虑土—结构动力相互作用的基础隔震与结构控制理论研究[D];天津大学;2004年
7 王忠;坝库相互作用及抗震技术研究[D];四川大学;2001年
8 任莉;理想材料零件的结构优化设计[D];大连理工大学;2008年
9 刘翔;面向动力性能的抗冰导管架平台优化设计研究[D];大连理工大学;2008年
10 贺孝梅;超静定网梁结构大型振动筛动态设计研究[D];中国矿业大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张清卫;基于ANSYS的钢框架结构优化设计研究与软件开发[D];天津大学;2004年
2 梅飞;真空吸附夹具的有限元分析和优化设计[D];东南大学;2005年
3 金有昌;RZU2400型液压机下横梁结构优化设计[D];合肥工业大学;2007年
4 李友云;滗水器结构优化设计及系统智能控制[D];苏州大学;2002年
5 曾文源;舰船结构有限元参数化建模与优化研究[D];哈尔滨工程大学;2005年
6 崔远晖;混凝土空心砌块的力学行为与形状优化[D];兰州理工大学;2006年
7 蒋灵搏;基于专家系统的桁架结构选型优化研究[D];山东理工大学;2006年
8 张琦;采用遗传算法对钢筋混凝土框架结构进行优化设计[D];山东大学;2006年
9 肖克飚;一种拼装式集雨水窖结构优化设计[D];西北农林科技大学;2006年
10 章顺勤;超声波电机定子的有限元分析及其结构优化设计[D];浙江工业大学;2008年
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