本文選題：非均質(zhì)材料結(jié)構(gòu) + 多尺度方法��； 參考：《大連理工大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,工程結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜化：一方面規(guī)模越來(lái)越大,例如超高層建筑、大跨度橋梁、大型運(yùn)載火箭等；另一方面組成越來(lái)越復(fù)雜,大量新型材料被廣泛采用。作為基礎(chǔ)設(shè)施和公共設(shè)施,上述工程結(jié)構(gòu)在運(yùn)行過(guò)程中的安全性和可靠性事關(guān)人民生命財(cái)產(chǎn)安全,需要格外重視：一方面需要進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析,以便確定結(jié)構(gòu)在動(dòng)態(tài)載荷下的振動(dòng)響應(yīng)；另一方面需要施加必要控制,以便抑制對(duì)結(jié)構(gòu)有害的振動(dòng)。然而,由于上述結(jié)構(gòu)規(guī)模龐大、組成復(fù)雜,傳統(tǒng)方法已難以對(duì)其進(jìn)行高效精確的數(shù)值模擬,因此研究適用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)振動(dòng)和控制的快速算法具有重要的意義。本文首先從線性結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)本質(zhì)出發(fā),結(jié)合經(jīng)典逐步積分法,給出了線性結(jié)構(gòu)系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)的一般表達(dá)式——?jiǎng)恿︼@式列式。動(dòng)力顯式列式兼顧了初始擾動(dòng)以及外載對(duì)動(dòng)力響應(yīng)的影響,將動(dòng)力響應(yīng)顯式的表示為初始擾動(dòng)和外載的線性函數(shù),對(duì)于線性結(jié)構(gòu)系統(tǒng)動(dòng)力問(wèn)題的理解和求解有很大幫助。以動(dòng)力顯式列式為基礎(chǔ),本文分別就非均質(zhì)材料結(jié)構(gòu)非平穩(wěn)隨機(jī)振動(dòng)問(wèn)題和大規(guī)模線性結(jié)構(gòu)主動(dòng)控制問(wèn)題的快速算法進(jìn)行了研究。主要研究?jī)?nèi)容如下：首先,提出了一種適用于非均質(zhì)材料結(jié)構(gòu)非平穩(wěn)隨機(jī)振動(dòng)分析的多尺度求解策略。從虛擬激勵(lì)法和時(shí)域顯式法的基本原理中歸納得出,提高單次非均質(zhì)材料結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析的計(jì)算效率是快速求解非均質(zhì)材料結(jié)構(gòu)非平穩(wěn)隨機(jī)振動(dòng)問(wèn)題的關(guān)鍵,據(jù)此提出了一種動(dòng)力擴(kuò)展多尺度有限元法。該方法以動(dòng)力分析各時(shí)間步內(nèi)的微觀等效靜力平衡方程為基礎(chǔ),數(shù)值構(gòu)造出能夠同時(shí)反映非均質(zhì)材料微觀非均質(zhì)性和動(dòng)力特性的多尺度基函數(shù),從而可以在宏觀尺度上對(duì)非均質(zhì)材料結(jié)構(gòu)動(dòng)力問(wèn)題進(jìn)行有效模擬,且通過(guò)降尺度計(jì)算可以方便得到非均質(zhì)材料結(jié)構(gòu)任意位置的微觀結(jié)果,在計(jì)算效率上較常規(guī)有限元法有了很大提高。進(jìn)一步通過(guò)將動(dòng)力擴(kuò)展多尺度有限元法分別與虛擬激勵(lì)法和時(shí)域顯式法相結(jié)合,提出了一種適用于非均質(zhì)材料結(jié)構(gòu)非平穩(wěn)隨機(jī)振動(dòng)分析的多尺度框架,實(shí)現(xiàn)了對(duì)非均質(zhì)材料結(jié)構(gòu)非平穩(wěn)隨機(jī)振動(dòng)問(wèn)題的快速求解。其次,提出了一類適用于大規(guī)模線性結(jié)構(gòu)動(dòng)力系統(tǒng)的快速模型預(yù)測(cè)控制算法。針對(duì)線性定常結(jié)構(gòu)動(dòng)力系統(tǒng),基于標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)測(cè)控制算法,通過(guò)引入動(dòng)力顯式列式來(lái)計(jì)算預(yù)測(cè)周期內(nèi)各預(yù)測(cè)點(diǎn)系統(tǒng)的狀態(tài),避免了矩陣指數(shù)的計(jì)算,提高了計(jì)算效率。進(jìn)一步通過(guò)引入動(dòng)力顯式列式的物理意義來(lái)計(jì)算最優(yōu)控制力,避免了大量矩陣乘法運(yùn)算,極大的降低了計(jì)算內(nèi)存、提高了離線計(jì)算效率,并保證了在線計(jì)算效率,從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)線性定常結(jié)構(gòu)動(dòng)力系統(tǒng)的快速模型預(yù)測(cè)控制。針對(duì)具有輸入時(shí)滯的線性定常結(jié)構(gòu)動(dòng)力系統(tǒng),在無(wú)時(shí)滯線性定常系統(tǒng)快速模型預(yù)測(cè)控制算法的基礎(chǔ)上,通過(guò)引入增廣狀態(tài)向量,將時(shí)滯差分方程轉(zhuǎn)換為不顯含時(shí)滯的標(biāo)準(zhǔn)格式,實(shí)現(xiàn)了對(duì)具有輸入時(shí)滯的線性定常結(jié)構(gòu)動(dòng)力系統(tǒng)的快速模型預(yù)測(cè)控制。整個(gè)過(guò)程無(wú)需近似和假設(shè),系統(tǒng)的穩(wěn)定性得到保障。針對(duì)線性時(shí)變結(jié)構(gòu)動(dòng)力系統(tǒng),通過(guò)在標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)測(cè)控制算法中引入時(shí)變動(dòng)力顯式列式,實(shí)現(xiàn)了對(duì)線性時(shí)變結(jié)構(gòu)動(dòng)力系統(tǒng)的快速模型預(yù)測(cè)控制。由于無(wú)需計(jì)算時(shí)變矩陣指數(shù),該方法可以處理較大規(guī)模問(wèn)題。最后,基于SiPESC軟件平臺(tái),利用插件技術(shù)及軟件設(shè)計(jì)模式,研發(fā)了一種算法與數(shù)據(jù)相分離的線性結(jié)構(gòu)瞬態(tài)響應(yīng)通用算法構(gòu)架,并利用此構(gòu)架實(shí)現(xiàn)了Newmark法、Wilson-θ法.HH T法等經(jīng)典算法。
[Abstract]:With the continuous development of science and technology, the engineering structure is becoming more and more complex: on one hand, the scale is more and more large, such as super high rise building, large span bridge, large carrier rocket and so on. On the other hand, the composition of a large number of new materials is widely used. As the infrastructure and public facilities, the above engineering structure is in the process of operation. Integrity and reliability are related to the safety of life and property of the people. It needs to be paid extra attention to: on the one hand, dynamic analysis is needed to determine the vibration response of the structure under dynamic loads; on the other hand, necessary control is required to suppress the harmful vibration to the structure. However, the structure is large, complex, and traditional method. It is difficult to carry out efficient and accurate numerical simulation, so it is of great significance to study the fast algorithm suitable for the vibration and control of complex structures. First, the general expression of dynamic response of linear structural systems, dynamic explicit formula, is given from the motion nature of the linear structural system and the classical stepwise integral method. The dynamic explicit formulation takes into account the effect of the initial disturbance and the external load on the dynamic response. The explicit expression of the dynamic response is represented as the linear function of the initial disturbance and the external load. It is very helpful for the understanding and solving of the dynamic problem of linear structural systems. Based on the dynamic explicit column, the nonstationary random material structure is divided into non-stationary random random structures. A fast algorithm for the problem of vibration and active control of large-scale linear structures is studied. The main contents are as follows: first, a multi-scale solution strategy suitable for nonstationary random vibration analysis of heterogeneous material structure is proposed. The calculation efficiency of dynamic analysis of homogeneous material is the key to fast solving the nonstationary random vibration problem of heterogeneous material structure. Based on this, a dynamic expansion multi-scale finite element method is proposed. This method is based on the micro equivalent static equilibrium equation in every time step of dynamic analysis, and the numerical construction can reflect the heterogeneity at the same time. The multi-scale basis function of the micro heterogeneity and dynamic characteristics of the material can be used to simulate the dynamic problem of the heterogeneous material structure effectively on the macroscopic scale, and the microscopic results of any position of the heterogeneous material structure can be easily obtained by the reduction of the scale, and the calculation efficiency is greatly improved than the conventional finite element method. By combining the dynamic expansion multiscale finite element method with the virtual excitation method and the time domain explicit method, a multi scale frame for non-stationary random vibration analysis of heterogeneous material structure is proposed, and the fast solution to the nonstationary random vibration problem of the heterogeneous material structure is realized. Secondly, a kind of application is proposed. The fast model predictive control algorithm for large-scale linear structure power system. Based on the standard model predictive control algorithm, the state of the prediction point system in the prediction cycle is calculated by the standard model predictive control algorithm. The calculation efficiency of the matrix exponent is avoided and the calculation efficiency is improved. The physical meaning of the dynamic explicit formula is used to calculate the optimal control force, avoid a large number of matrix multiplication, greatly reduce the computational memory, improve the efficiency of the off-line calculation, and guarantee the efficiency of the on-line calculation, thus the fast model predictive control of the linear constant structure power system is realized. On the basis of the fast model predictive control algorithm of a time-delay linear constant system, the structural dynamic system, by introducing an augmented state vector, converts the delay difference equation into a standard format without delay, and realizes the fast model predictive control of a linear constant structure dynamic system with input delay. The whole process needs no approximation. The stability of the system is guaranteed. For linear time-varying structural dynamic systems, a fast model predictive control for linear time-varying structure dynamic systems is realized by introducing a time-varying dynamic explicit formula in the standard model predictive control algorithm. The method can deal with large scale problems because of no time variable matrix exponents. Finally, based on the SiPESC software platform and using the plug-in technology and software design pattern, a general algorithm framework for the algorithm and data separation of linear structure transient response is developed, and the classical algorithms such as Newmark method, Wilson- theta.HH T method and so on are implemented.
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB53

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 劉文茂,侯國(guó)蓮,張建華,郭飛,陳曉梅;一種基于雙偏差的動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)控制算法[J];現(xiàn)代電力;2001年02期

2 李江;神經(jīng)-模糊預(yù)測(cè)控制算法及應(yīng)用[J];浙江大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版);2002年02期

3 王志勇;鄭德忠;;具有穩(wěn)定性的廣義預(yù)測(cè)控制算法[J];儀器儀表學(xué)報(bào);2006年S3期

4 時(shí)維國(guó),宋存利;基于脈沖響應(yīng)的預(yù)測(cè)控制算法及仿真[J];大連鐵道學(xué)院學(xué)報(bào);2004年04期

5 謝克明,張建偉;預(yù)測(cè)控制算法的研究現(xiàn)狀及展望[J];電力學(xué)報(bào);1997年04期

6 陳觀明,殷國(guó)富;具有積分特性系統(tǒng)的預(yù)測(cè)控制算法[J];四川聯(lián)合大學(xué)學(xué)報(bào)(工程科學(xué)版);1999年03期

7 單波,徐燕,趙建濤;預(yù)測(cè)控制算法及其在倒立擺中的應(yīng)用[J];華北電力大學(xué)學(xué)報(bào);2001年02期

8 史紅梅,馮麗輝,鐘偉紅,彭云峰;基于模型的預(yù)測(cè)控制算法研究[J];昆明理工大學(xué)學(xué)報(bào)(理工版);2002年06期

9 陳增強(qiáng),陸志才,車海平,袁著祉;快速預(yù)測(cè)控制算法及在單回路數(shù)字控制器中的應(yīng)用(英文)[J];控制理論與應(yīng)用;1999年06期

10 周立芳,錢積新;具有硬約束的混合權(quán)系數(shù)最小二乘穩(wěn)定預(yù)測(cè)控制算法[J];浙江大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版);2004年06期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 鄒志云;劉建友;李福慶;于魯平;吳春華;桂新軍;;一種新型的線性約束系統(tǒng)預(yù)測(cè)控制算法[A];2009中國(guó)過(guò)程系統(tǒng)工程年會(huì)暨中國(guó)mes年會(huì)論文集[C];2009年

2 毛志忠;陳曉峰;;一種簡(jiǎn)化的預(yù)測(cè)控制算法[A];1995中國(guó)控制與決策學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];1995年

3 張阿卜;倪春木;;基于模糊模型的一步超前預(yù)測(cè)控制算法[A];2001年中國(guó)智能自動(dòng)化會(huì)議論文集（上冊(cè)）[C];2001年

4 閻綱;梁昔明;龍祖強(qiáng);李翔;;一種新的提前一步預(yù)測(cè)控制算法[A];第二十七屆中國(guó)控制會(huì)議論文集[C];2008年

5 孫銀山;李平;竇仁菊;石向星;;采用綜合偏差的自調(diào)節(jié)灰色預(yù)測(cè)控制算法[A];04'中國(guó)企業(yè)自動(dòng)化和信息化建設(shè)論壇暨中南六省區(qū)自動(dòng)化學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)專輯[C];2004年

6 薛振框;李少遠(yuǎn);;多模型預(yù)測(cè)控制算法及其在熱工過(guò)程中的應(yīng)用[A];第二十二屆中國(guó)控制會(huì)議論文集（下）[C];2003年

7 古鐘璧;王禎學(xué);王葦;;具有誤差預(yù)測(cè)修正的預(yù)測(cè)控制算法[A];1991年控制理論及其應(yīng)用年會(huì)論文集（上）[C];1991年

8 王平;田學(xué)民;;一種基于敏感度方程的非線性預(yù)測(cè)控制算法[A];第二十七屆中國(guó)控制會(huì)議論文集[C];2008年

9 王寅;榮岡;金曉明;;基于模糊—線性復(fù)合模型的非線性自適應(yīng)預(yù)測(cè)控制算法[A];1997中國(guó)控制與決策學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];1997年

10 孫寶華;楊輝;孟莎莎;;廣義預(yù)測(cè)控制算法在稀土萃取過(guò)程中的應(yīng)用[A];2011第十六屆全國(guó)自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用學(xué)術(shù)年會(huì)專輯[C];2011年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前9條

1 李素真;監(jiān)督預(yù)測(cè)控制算法的應(yīng)用研究[D];華北電力大學(xué);2015年

2 陳玉震;基于動(dòng)力顯式列式的結(jié)構(gòu)振動(dòng)與控制的快速算法研究[D];大連理工大學(xué);2016年

3 牛健;雙時(shí)標(biāo)預(yù)測(cè)控制算法的研究[D];浙江大學(xué);2010年

4 余世明;預(yù)測(cè)控制算法及其應(yīng)用研究[D];浙江大學(xué);2001年

5 李奇安;廣義預(yù)測(cè)控制算法簡(jiǎn)化實(shí)現(xiàn)方法研究[D];浙江大學(xué);2005年

6 李志勇;迭代預(yù)測(cè)控制算法及其應(yīng)用研究[D];中南大學(xué);2006年

7 韓愷;化工過(guò)程中的若干預(yù)測(cè)控制算法與應(yīng)用研究[D];浙江大學(xué);2009年

8 李麗娟;最小二乘支持向量機(jī)建模及預(yù)測(cè)控制算法研究[D];浙江大學(xué);2008年

9 萬(wàn)嬌娜;基于有限精度求解的非線性預(yù)測(cè)控制算法研究[D];浙江大學(xué);2011年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 孫鵬;面向新HTR-PM的先進(jìn)控制算法研究[D];浙江大學(xué);2015年

2 白旭;單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的分析與先進(jìn)控制策略研究[D];華北電力大學(xué);2015年

3 余蓉;快速模型預(yù)測(cè)控制算法的研究及應(yīng)用[D];浙江工業(yè)大學(xué);2015年

4 曹振杰;基于隱式廣義預(yù)測(cè)控制算法的LNG出口壓力控制系統(tǒng)研究[D];東華大學(xué);2016年

5 楊如琦;基于NMPC的精餾過(guò)程曲線控制策略研究[D];浙江大學(xué);2016年

6 康岳群;分布曲線對(duì)象的模型預(yù)測(cè)控制算法研究[D];浙江大學(xué);2016年

7 劉明;網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及預(yù)測(cè)控制算法研究[D];東北大學(xué);2014年

8 楊萌;非線性迭代學(xué)習(xí)模型預(yù)測(cè)控制算法研究[D];華北電力大學(xué)(北京);2016年

9 楊祖魁;基于模型技術(shù)的典型低氮燃燒型AGC機(jī)組控制系統(tǒng)優(yōu)化[D];上海電力學(xué)院;2016年

10 姜蘇英;基于模型預(yù)測(cè)的多變量過(guò)程控制方法研究[D];陜西科技大學(xué);2016年

，

本文編號(hào)：2114092