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复时谱滤波方法在爆破地震波频谱分析中的应用

复时谱滤波方法在爆破地震波频谱分析中的应用
复时谱滤波方法在爆破地震波频谱分析中的应用

Ser ial N o.361A pr.2001 矿 业 快 报

EXPR ESS IN FO RM A T I ON O F M I NI NG IN DU ST RY

总第361期2001年4月第7期曹晓钧,马鞍山矿山研究院岩土所,工程师,243004安徽省马鞍山市。

复时谱滤波方法在爆破地震波频谱分析中的应用

曹晓钧 赵兵

(马鞍山矿山研究院)

摘 要 介绍了运用复时谱滤波原理分析爆破地震波及结构的频率响应方法。该方法比单独采用傅氏频谱分析方法效果更好,结果更加可靠。

关键词 爆破地震波 频谱分析 复时谱

1 前言

国内外在工业爆破地震效应方面做了大量的工作,由于爆破地震波在地层中的传播是一个复杂的力学过程,岩土介质的动力学性质很难用计算方法精确地确定,所以目前国内外还是广泛采用单一参数法评估爆破地震效应。单一参数法的缺点是无法解决结构的频率响应问题,因此单一参数法给出的指标往往较为保守。为了解决结构的频率响应问题,许多研究者相继引入了傅立叶谱分析的方法计算工业爆破地震波的频谱。但该方法的不足是无法分辨傅立叶谱的峰值是激励扰动波的主频还是结构响应的主频。而当傅立叶谱有多个峰值时,确定爆破地震波的主频率和结构响应的主频又遇到了困难。为了解决这一问题,作者采用了一种非线性滤波的方法,即所谓复时谱滤波的方法。2 复时谱滤波的原理

线性滤波系统对于分离相加性组合的信号非常成功,这是系统具有叠加特性的直接结果。只要两个信号的频谱占据不同的频段,那么就可以分离开这两个信号。当两个信号不属于相加性组合,而是卷积性组合时,单纯用线性滤波方法分离两个信号分量是无法达到预期效果的。这时需要采用非线性滤波方法。复时谱滤波方法便是其中之一,它遵循广义的叠加原理。

爆破振动测量记录得到的地震波时程曲线

x (n)不管多么复杂,一般总是可以用下述卷积模型表示:

x (n)=s(n)?p(n). (1)

式中,x (n)为连续地震波时程曲线x (t)的等间隔采样;s (n )是地震主波s (t )的等间隔采样;p (n )是反射函数p (t )的等间隔采样。地震主波s (n )取决于激励扰动的大小和在传播过程中发生的色散性质;而p(n)是一系统不规则的反射函数,它包含了地层介质结构的信息。由于地震主波s(n)和一系列不规则的反射波p (n)在时间上的重叠,掩饰了p (n)的结构以及改变了s(n)的大小和持续时间等,故而需要分离这两个分量,以便分别对两者的频谱和幅值进行分析。

式(1)的傅氏变换为:

X(j )=S(j )?P(j ). (2)采用了傅氏变换后,卷积性组合转换成了乘积性组合。对(2)式取对数运算有:

 X ^

(j )=Ln[X(j )]=Ln[S(j )]+Ln[P(j )]再进一步做逆运算有:

x ^(n)=s ^(n)+p ^

(n).

x ^

(n)被称为爆破地震波x (n)的复时谱,而s ^

(n)和p ^

(n)分别为主波s(n)和反射函数p (n)的复时谱。显然,信号分量的卷积性组合已转换成为信号分量的相加性组合。信号的复时谱分量s ^

(n)和p ^

(n)一般占据不同时段,复时谱分量s ^

(n)通常位于n=0的附近,而复时谱分量p ^

(n)位于其他时段。可以根据复时谱分量

6

s ^

(n )和p ^(n )的上述性质对复时谱x ^

(n )进行长

通、短通加权滤波。对加权滤波后得到的s ^

(n )和p ^

(n)再进行傅氏变换、指数运算exp()以及逆傅氏变换,从而得到经过分离的信号分量s ^(n )和p ^

(n )。

经过复时谱滤波分别保留了x ^

(n)的长时

和短时部分后恢复的s (n )和p (n )的分量波形,是对爆破地震主波s (n )和反射波p (n )的估计波形。从p(n)可以了解地层介质的信息,从s(n)可以估计沿传播途径的衰减等性质,见图1。

图2

是某矿山的一次台阶爆破地震波竖向

图1

 复时谱滤波框图

图2 x (n)、s(n)和p(n)波形及其响应的频谱图

振动速度实测波形和响应的频谱以及经过复时谱滤波分离主波s(n)和反射波p(n)的波形及其响应的频谱图。显然,x(n)、s(n)和p(n)的频

谱是不同的,而且x (n)与s(n)的主频是有差别的。地震波x (n )的主频一般位于s (n )和p (n )频谱幅值较大的重叠频段,也就是二者的近似谐振频段。地震主波s(n)和反射波p(n)的主频和频谱结构清晰明确,解决了主频分辨困难的问题。3 结语

复时谱滤波方法分析爆破地震波频率响应问题比单纯采用傅氏频谱变换方法效果更佳,可以分别给出激励扰动波和传播介质反射波的

频谱,确定主频率及谐振频率更加准确可靠。

参 考 文 献

1 数字信号处理及其应用·国防工业出版社.

(收稿日期2001-03-05)

(上接第3页)案比较,经可行性研究,再确定其复垦方案,把矿山土地复垦引向科学的轨道。(4)就全球而言,矿产资源供过于求的局面还将维持相当一段时间,如果仅以所开采的矿产资源本身的价值衡量一个单元体的经济效

益,而不考虑环境治理、修复等环保费用,不认真对待对环境的破坏,这对矿山的可持续发展的危害将是具大的。

(收稿日期2001-03-12)

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曹晓钧 赵兵:复时谱滤波方法在爆破地震波频谱分析中的应用 2001年4月第7期

具有不同频谱特性的地震波(精)

具有不同频谱特性的地震波 对单塔悬索桥响应的影响分析 林瑞良(福州市建设委员会 350005) [提要]根据空间有限元计算模型,采用混合结构形式,以某市单塔悬索桥为研究对 象,运用时程分析法,探讨了具有不同频谱特性的地震波对单塔悬索桥响应的影响 问题。 [关键词]单塔悬索桥时程分析地震波 现行公路桥梁工程抗震设计规范《公路工程抗震设计规范》 (JTJ-004-89)是以反 应谱理论为基础的,针对这些问题,本文以某市悬索桥为工程实例,采用动力时程分 析法,探讨了不同频谱特性的地震波对单塔悬索桥横向、纵向和竖向地震响应的影响。 一、动力计算模型的基本假设 (1) 缆索在纵向分析中取水平位移和竖向位移两个自由度,横向分析中取水平位移 一个自由度,竖向分析中取竖向位移一个自由度;(2)吊杆为柔性索,考虑变形; (3) 主塔在纵向和横向分析中均取水平位移和转动两个自由度;(4)加劲桁架在纵向分析 中取水平位移、竖向位移和转动三个自由度,横向分析中取水平位移和转动两个自由 度,竖向分析中取竖向位移和转动两个自由度;(5)作用于全桥纵向、横向上的地震 输入波,均取与基础相垂直的水平方向;作用于全桥竖直方向上的输入波取水平向输

入波的65%加速度值[1]。 二、刚度矩阵与质量矩阵 由于悬索桥结构是由不同类型的构件组成,本文在有限元计算中采用混合结构 形式的三维有限元计算模型[2],将结构划分为如下三类单元:(1)空间梁单元,用 于加劲梁及塔架。(2)空间索单元,用于主缆。(3)杆面单元,由两根吊杆和一个虚 拟刚片组成,用来反映加劲梁与主缆之间的相互作用。单元质量矩阵采用集中(堆聚) 质量矩阵[2]。将单元刚度矩阵和单元质量矩阵经座标变换,组成总刚度矩阵和总质 量矩阵,再利用子空间迭代法计算出结构的特征值和特征向量,即可得到所需的各 阶频率和振型。 三、动力方程的建立和求解 当结构在地面运动加速度X¨g作用下,结构动力方程为 [M]*{U 1}+[C]*{U 1 }+[K]*{U 1 }=-[M]+*{I}X¨g(1) 式中:[M]*和[K]*分别为缩聚后的等效质量矩阵和等效刚度矩阵; U 1 有惯性力的位移;X¨g为输入地震加速度;[C]为阻尼矩阵,按瑞雷阻尼确定。 对于微分方程式(1),可采用逐步积分的数值解法,即求得各节点的位移量,本 文采用的是威尔逊θ法,用SAP5软件进行计算。 四、具有不同频谱特性的地震波对单塔悬索桥地震响应分析实例 某市悬索桥是福建省已建成跨径最大的钢筋砼加劲桁架单塔悬索桥(见图1所示),

时程分析中地震波输入位置的讨论

时程分析中地震波输入位置的讨论 摘要:时程分析法通过直接动力分析可得到结构相应随时间的变化关系,能真实地反应结构地震相应随时间变化的全过程,是抗震分析的一种重要方法[1]。目前有限元软件可以实现结构的时程分析,但是在不同的软件中,其实现方式不同,主要区别在地震波的输入位置不同。本文通过有限元软件ABAQUS采用不同的地震波输入位置对同一结构进行时程分析分析,对比结构相同位置的时程位移曲线,结果表明结构在采用不同地震波输入位置的时程分析中,结构的地震响应基本一致。 关键词:时程分析、有限元软件、钢筋混凝土剪力墙 Abstract: The time history analysis method to analyze the available structure through direct power to the relationship between the corresponding changes over time, truly reflect the structure of earthquake corresponding to the whole process of change over time, is an important method of seismic analysis [1]. Finite element software can be time-history analysis of the structure, but in different software in different ways, the main difference between the different positions in the seismic wave input. In this paper the finite element software ABAQUS using different seismic wave input location on the same structure, process analysis analysis, contrast structure the same location of when the process displacement curve, the results show that the structure using different seismic waves enter the position time history analysis, the seismic response basically the same. Keywords: time history analysis, finite element software, reinforced concrete shear walls 一、引言 在时程分析等动力学问题中,地震力以加速度形式从基础固定处输入。由于结构的刚度不是无限大,在结构上的加速度反应与基础输入的加速度并不相同。在很多时候,结构的加速度比基础输入的加速度更大,即对输入的加速度有一个动力放大效应。在单自由度弹性体系中,体系最大绝对加速度与地面运动最大加速度的比值,即称为动力系数[2] (1) 动力系数与结构的动力学特性和输入的地震波的频率特性有关。它与地震系数k的乘积即为单自由度体系的地震影响系数。 因此,从原理上讲,时程分析是将地震波的加速度时程曲线作用到结构的基础约束处,得到上部结构的各种地震反应。但是在不同的软件中,其实现方

倒频谱

倒频谱 倒频谱分析是一种二次分析技术,是对功率谱的对数值进行傅立叶逆变换的结果。其计算公式为: 该分析方法受传感器的测点位置及传输途径的影响小,能将原来频谱图上成族的边频带谱线简化为单根谱线,以便提取、分析原频谱图上肉眼难以识别的周期性信号。但是进行多段平均的功率谱取对数后,功率谱中与调制边频带无关的噪声和其他信号也都得到较大的权系数而放大,降低了信噪比。 本书分7章介绍了振动信号现代分析的理论方法与技术应用。第1章在介绍振动信号的基本概念、方法后,给出了振动信号的时频分析方法。第2章介绍了近十几年来发展和应用的小波分析方法及其工程实现技术。第3章介绍了谐波小波分析的理论方法与应用技术。第4章介绍了振动信号的Hilbert—Huan9变换分析方法,及其与其他方法相结合的发展和应用。第5章给出了振动信号分形分析方法及其与其他方法相结合的研究。第6章介绍了微弱振动信号的混沌识别方法。第7章介绍了振动信号的盲源分离技术与方法。每一章都给出了若干振动信号分析的应用实例。本书可作为具有一定振动分析基础的大学毕业生、研究生和工程技术人员的学习参考书,也可以作为航空航天类、大机械类、力学类、动力工程类专业研究生“机械振动学”课程的后续专业课教学参考书。目录 第1章振动信号的时频分析方法 1.1幅值域分析法 1.2振动信号的时差域分析方法1.2.1信号预处理 1.2.2相关分析 1.3傅里叶变换 1.3.1连续傅里叶变换1.3.2离散傅里叶变换 1.4振动信号的频域分析方法 1.4.1频谱与频谱分析1.4.2经典谱估计方法 1.4.3倒频谱分析 1.4.4加窗与细化分析 1.5多相干分析技术 1.5.1相干函数 1.5.2频段上非独立输入信号的优先级排序1.5.3多相干分析 1.6时频分析 1.6.1时频分析的基本概念 1.6.2信号的时频表示和相平板 1.6.3时频分析的窗函数 1.7短时傅里叶变换 1.7.1短时傅里叶变换的概念 1.7.2离散短时傅里叶变换 1.7.3短时傅里叶变换在振动信号分析中的应用参考文献第2章振动信号的小波分析方法 2.1小波分析的基本概念 2.1.1小波与小波函数 2.1.2从傅里叶变换到小波变换 2.2二进离散小波变换 2.2.1二进小波变换 2.2.2二进小波的构造 2.2.3数字信号的二进小波变换 2.3多分辨分析与正交小波 2.3.1多分辨分析 2.3.2正交小波基 2.3.3Mallat塔形算法 2.3.4多分辨分析的工程实现技术 2.4二进小波变换在振动信号分析中的应用 2.4.1离散数字信号的二进小波变换过程2.4.2信号的频带分离 2.4.3奇异信号检测 2.4.4带噪转子信号的小波消噪2.4.5行驶车辆实际振动信号的小波分析……第3章振动信号的谐波小波分析第4章振动信号分析的Hilbert-Huang变换方法第5章振动信号分析的分形方法第6章微弱振动信号的混沌识别第7章振动信号的盲源分离参考文献

光谱分析法在药物分析中的应用

光谱分析法在药物分析中的应用 当物质与辐射能相互作用时,物质内部发生能级跃迁。记录同能级跃迁所产生的辐射能随波长的变化所得的图谱称为光谱,利用特等的光谱进行定性、定量和结构分析的方法称为光谱分析方法,简称光谱法。如紫外-可见分光光度法、荧光分析法、原子吸收分光光度法和红外分光光度法等。 原子吸收光谱法在药物分析中的应用 原子吸收光谱法又称原子吸收分光光度法(atomic absorption spectroscopy, AAS).自从1955年澳大利亚物理学家阿兰·沃尔什发表了第一篇应用原子吸收光谱法作为一种分析手段的文章以来,该法已在分析化学领域获得了日益广泛的应用.目前,原子吸收光谱分析方法主要有直接法和间接法两种.直接法是利用特定的波长直接测定目标元素的含量,并已广泛应用于微量元素的分析、微量元素与药效关系的研究等领域.间接法是利用某些特定的金属离子可与药物的有机成分间有缔合、沉淀、氧化还原等定量反应的发生,经离心分离、原子吸收光谱法测定体系中游离的金属离子而间接测定目标分子.1968年,Christian等人[1]首先将原子吸收法用于间接测定一些无机阴离子和有机化合物.自那时起,已有许多文章发表[2~11],使间接AAS法逐渐走向成熟. 经过分析工作者的多年努力,AAS法在药物分析中的应用也有了较大进展.直接法可测定含有金属离子的药物,如VB12分子中含有一个钴离子,将样品溶解后在240.7 nm波长下测定钴便可测定出VB12的含量[12,13].约有30多种药物的分子结构中含有金属元素[14],能直接用AAS法测定.然而,对于绝大多数的药物,需要采用间接AAS法.这些药物虽不含金属元素,但含有可供氧化还原或配位的基团,通过一定的化学反应使其与金属离子或含有金属离子的络离子形成配合物或离子缔合物.经离心分离或溶剂萃取后,用AAS法进行测定.龙沛霞等人[15]曾评述了原子吸收光谱法分析中药微量元素的研究进展,王文海[16]评述了原子吸收光谱在食品金属元素分析中的应用.有关原子吸收光谱法在药物分析中的应用也有评述[17~19].本文对近两年来原子吸收光谱法在药物分析中应用的最新进展进行评述,并讨论了未来的发展趋势. 1 原子吸收光谱法分析药物中的微 量元素 1.1 微量元素的含量分析 微量元素的含量与药物的药效有直接的关系,是原子吸收光谱技术在药物分析应用最早也是最广泛的领域.近年来,与人体健康有关的微量元素的分析研究越来越受到人们的重视.现代研究表明,在中药材药效发挥过程中,微量元素的协同作用不可忽视.研究和测定中药材中的常见元素,不仅可为中药药理作用的研究提供基础数据,也能为中药材的鉴定提供依据.张瑾[20]利用原子吸收光谱法对16种活血化瘀中草药中10种微量元素进行了测定.方法的回收率为95.0%~105.0%,相对标准偏差小于0.03%.梁淑轩等人[21]采用HNO3:HClO4(4∶1)混酸化、石墨炉原子吸收法同时测定了银杏、杜仲及绞股蓝成熟青叶中的Se、Ge、Cu、Zn、Fe、Mn等6种微量元素,方法简便快速.通过对桃叶标准物中的Cu、Zn、Fe、Mn等4种微量元素的测定,证明了方法准确可靠.实验结果表明这3种药用植物叶中Cu、Zn、Fe、Mn含量都较为丰富,特别是银杏叶中的Se、绞股蓝中的Ge含量较高.韩丽琴等人[22,23]利用火焰

时程分析中地震波选取浅析

时程分析中地震波选取浅析 通过介绍时程分析法中输入地震波的选择原则、地震动幅值和频率特性等一系列问题,使初学者对输入地震波的选择有初步认识和了解,为以后更深层次的研究打下基础。 标签:时程分析法;地震波选择 1、引言 随着社会、经济和科技的不断发展以及人口数量的迅速膨胀,高层、超高层以及复杂形状的建筑的数量定会快速增长。抗震设计规范规定,对于此类重要、复杂并超过规定高度的建筑,其抗震设计中的地震作用计算都要通过时程分析法进行补充验证。而在时程分析法的计算过程中最重要,最影响地震作用计算结果的莫过于地震波的选取。所以,本文将从地震波选取原则、地震动幅值、频谱特性、持续时间、地震波数量、地震波转动分量等多个方面对地震波的选取进行浅析。 2、地震波的选取原则 时程分析中的地震波如何选取的问题,一直是时程分析法中的一个难点。在选择地震波输入时,要满足两点要求: 1)首先要使选择输入的地震波的某些参数和建筑物所在地的条件相一致。参数主要包括:场地的土壤类别、地震烈度、地震强度参数、卓越周期和反应谱等。 2)其次还要满足地震活动三要素的要求。即频谱特性、地震加速度时程曲线持续时间和幅值,选取的地震波中的这三者,要满足相关规定。相关规定要求:选用数字化的地震波应按照建筑场地类别和设计地震分组进行选取,选用不少于两组的实际强震记录和一组人工模拟的加速度时程曲线,其平均地震影响系数曲线应与振型分解反应谱分析法所采用的地震影响系数曲线在统计意义上相符。在统计意义上相符是指:其平均地震影响曲线与振型分解反应谱法所用到的地震影响系数曲线相比,在各个周期点上相差不大于20%。弹性时程分析时,每条时程曲线计算所得的结构底部剪力不应小于阵型分解反应谱法计算结果的65%。多条时程曲线计算结果的结构底部剪力平均值不应小于振型分解反应谱计算结果的80%[1]。 3、地震动幅值 地震动幅值有两种意义,即可以指地震加速度、位移和速度中的任何一种的最大值,又可以指在某种意义下的等代值。在一定程度上,地震波的峰值能够反应并代表地震波的强度,所以,建筑物所在地的设防烈度所要求的多遇地震或罕

近红外光谱分析及其应用简介

近红外光谱分析及其应用简介 1、近红外光谱分析及其在国际、国内分析领域的定位 近红外光谱分析是将近红外谱区(800-2500nm)的光谱测量技术、化学计量学技术、计算机技术与基础测试技术交叉结合的现代分析技术,主要用于复杂样品的直接快速分析。近红外分析复杂样品时,通常首先需要将样品的近红外光谱与样品的结构、组成或性质等测量参数(用标准或认可的参比方法测得的),采用化学计量学技术加以关联,建立待测量的校正模型;然后通过对未知样品光谱的测定并应用已经建立的校正模型,来快速预测样品待测量。 近红外光谱分析技术自上世纪60年代开始首先在农业领域应用,随着化学计量学与计算机技术的发展,80年代以来逐步受到光谱分析学家的重视,该项技术逐渐成熟,90年代国际匹茨堡会议与我国的BCEIA等重要分析专业会议均先后把近红外光谱分析与紫外、红外光谱分析等技术并列,作为一种独立的分析方法;2000年PITTCON 会议上近红外光谱方法是所有光谱法中最受重视的一类方法,这种分析方法已经成为ICC(International Association for Cereal Science and Technology国际谷物科技协会)、AOAC(American Association of Official Analytical Chemists美国公职化学家协会)、AACC (American Association of Cereal Chemists美国谷物化学家协会)等行业协会的标准;各发达国家药典如USP(United States Pharmacopoeia美国药典)均收入了近红外光谱方法;我国2005年版的药典也将该方法收入。在应用方面近红外光谱分析技术已扩展到石油化工、医药、生物化学、烟草、纺织品等领域。发达国家已经将近红外方法做为质量控制、品质分析和在线分析等快速、无损分析的主要手段。 我国对近红外光谱技术的研究及应用起步较晚,上世纪70年代开始,进行了近红外光谱分析的基础与应用研究,到了90年代,石化、农业、烟草等领域开始大量应用近红外光谱分析技术,但主要是依靠国外大型分析仪器生产商的进口仪器。目前国内能够提供完整近红外光

倒谱分析

倒谱分析 (1).倒频谱的数学描述 倒频谱函数CF(q)(power cepstrum)其数学表达式为: (2.6) CF(q)又叫功率倒频谱,或叫对数功率谱的功率谱。工程上常用的是式(2.6)的开方形式,即: (2.7) C0(q)称为幅值倒频谱,有时简称倒频谱。 倒频谱变量q的物理意义 为了使其定义更加明确,还可以定义: (2.8) 即倒频谱定义为信号的双边功率谱对数加权,再取其傅里叶逆变换,联系一下信号的自相关函数: 看出,这种定义方法与自相关函数很相近,变量q与τ在量纲上完全相同。 为了反映出相位信息,分离后能恢复原信号,又提出一种复倒频谱的运算方法。若信号x(t)的傅里叶变换为X(f): (2.9) x(t)的倒频谱记为: (2.10) 显而易见,它保留了相位的信息。

倒频谱与相关函数不同的只差对数加权,目的是使再变换以后的信号能量集中,扩大动态分析的频谱范围和提高再变换的精度。还可以解卷积(褶积)成分,易于对原信号的分离和识别。 (2).倒频谱的应用 分离信息通道对信号的影响 图2.26对数功率谱关系图。在机械状态监测和故障诊断中,所测得的信号,往往是由故障源经系统路径的传输而得到的响应,也就是说它不是原故障点的信号,如欲得到该源信号,必须删除传递通道的影响。如在噪声测量时,所测得之信号,不仅有源信号而且又有不同方向反射回来的回声信号的混入,要提取源信号,也必须删除回声的干扰信号。若系统的输入为x(t),输出为y(t),脉冲响应函数是h(t),两者的时域关系为: y(t)=x(t)*h(t) 频域为: Y(f)=X(f)*H(f)或Sy(f)=Sx(f)*|H(f)|2 对上式两边取对数,则有: (2.11) 式(2.72)关系如图(2.26)所示,源信号为具有明显周期特征的信号,经过系统特性logGk(f)的影响修正,合成而得输出信号logGy(f)。

反应谱理论与人工模拟地震波技术简介

第33卷第26期?106?2007年9月山西建筑 SHANXIARCHITECTURE Vd33No.26 Sep.2007 文章编号:1009—6825{2007)26—0106—03 反应谱理论与人工模拟地震波技术简介 邱玉国王玉富 摘要:介绍了反应谱理论的发展历程和国内外研究现状,分析了研究问题的思路,指出了利用反应谱理论来解决实际工程时遇到的问题,并简单介绍了国外对人工模拟地震波技术的应用和研究,为抗震理论提供了参考依据。 关键词:反应谱理论,地震波,随机振动,非弹性地震波 中图分类号:TU352文献标识码:A 1概述 反应谱理论是建筑结构抗震设计的重要理论基础之一。从20世纪50年代开始,反应谱理论逐渐成为结构抗震设计的重要方法,经过50多年的发展,目前这种方法已经为世界上大多数国家的设计规范所采用。但是,由于地震产生机理和作用效果的复杂性,采用反应谱理论进行分析和设计与工程实践还存在很多与实际不相符合之处。此外,对于反应地震重要特性的时间问题,反应谱法也无能为力。 人工模拟地震波技术是近年来才发展起来的一项新的结构抗震设计的技术手段,目前主要用于计算机模拟和特别重要结构模型的振动台试验。它能够通过模拟地震波的特性来用于对结构进行时程分析,是~种新兴的、具有革命性意义的试验手段。 图2数值模拟结果2.3计算结果分析 通过数值模拟和试验得到瓦斯管承载力等数值如表2所示。 表2数值模拟和试验结果 I研究方法承载力仆但a最大应变/%最大剪应力/SPaI数值模拟7.14O.0842160室内试验6.620.0964 3结语 通过对丁集煤矿瓦斯管材质和整体抗外压的试验研究以及数值模拟分析,可以获得如下重要结论: 1)通过对管材材质的试验研究表明:工作管材质采用Q345,尺寸为柘30rfllTl×14inln,能够满足强度和稳定性要求。 2)瓦斯管整体抗外压试验结果表明:工作管抗外压承载力为6,62MPa;通过大变形有限元数值计算,采用变形稳定性控制其承载力,结果为7.14MPa,两者数值十分接近,说明用文中方法模拟大直径瓦斯管的承载力是可行的。 参考文献: [1]李正来.瓦斯抽排钻孔定向技术的改进[J].安徽科技,2006(3):49—50. [2]汪东生.瓦斯抽排技术治理本煤层采空区瓦斯涌出的实践[J].煤矿安全,2006(1):13—15. [3]张敦伍,任胜杰.瓦斯抽排钻孔防偏斜实践[J].矿业安全与环保,2005(8):67—68. [4]刘克功,范再良,赵新华.采空区瓦斯抽排法治理综放面瓦斯超限[J].煤,1998(2):48—50. Studyingonradialstabilitynumericalsimulationoflargepipeinmine TONGWen-lin Abstract:TheexperimentalandvaluesimulationmethodshavestudiedtheDingiicoalminelargediametergastubeundermechanicscharacter—istie.Resultindicated:thelargediametergastubeispresentedstabilityfailuremodelinencirclespressesshape,itssafetyfactorreaches3.0,itisdesignthelargediametergastubeandtheconstructpmvidesthereference. Keywords:largediametergastube,experimentalinlab,numericalsimulation,stabilityfailuremodel 收稿日期:2007.04.06 作者简介:邱玉国(1973。),男,工程师,辽宁工程技术大学软件学院,辽宁阜新123000 王玉富(1970.),男,工程师,中铁十九局集团第三工程有限公司,辽宁辽阳111000

(整理)光谱分析技术及应用

光谱分析技术及应用 一、光谱分析的分类 1、原子吸收光谱法——也叫湿法分析。它是以待测元素的特征光波,通过样品的蒸发,被蒸发中的待测元素的基态原子所吸收,由辐射强度的减弱程度,来测定该元素的存在与否和含量多少;通常是采用火焰或无火焰(也叫等离子)方法,把被测元素转化为基态原子。根据吸收光波能量的多少测定元素的含量。 通常原子吸收光谱法是进行仪器定量分析的湿法分析。 2、原子发射光谱法——利用外部能量激发光子发光产生光谱。 看谱分析法就是原始的、也是最经典的利用原子发射光谱的分析方法。看谱分析法在我国工业生产上的使用是在上世纪50年代,58年北京永定机械厂制造了第一台仿苏联技术的看谱仪,随后天津光学仪器厂成为我国大量生产棱镜分光的看谱镜基地。 上世纪80年代起,德国、英国、美国等国家,开始研制采用CCD (Charge Coupled Device电荷耦合器件)技术作为光谱接收器件的直读式定量光谱仪,德国以实验室用大型直读定量光谱仪为主;英国阿朗公司、美国尼通公司以便携式金属分析仪为主打市场。近年来,德国、芬兰等国家研制生产便携式、直读定量光谱仪,分析精度在一定条件下可以替代实验室直读式定量光谱仪。 二、看谱分析的特点 1、操作简便,分析速度快。 2、适合现场操作。

3、无损检测(现场操作情况下无须破坏样品)。 4、检测成本低。是便携式金属分析仪的1/30左右,是便携式直读定量光谱仪的1/40。 5、有一定的灵敏度和准确度。 三、看谱分析的方法: 定性分析方法,所谓定性就是判定分析的元素是否存在的分析。严格的讲定性分析是根据某元素的特征灵敏线的出现与否,来确定该元素是否存在的分析方法。 那么,什么叫灵敏线呢? 某元素在某几个区域出现的几条与其它元素不同的特征线;或称“在较低含量情况下出现的谱线”,或者说是在某一范围内出现的谱线,叫做灵敏线。 半定量方法就是近似的估计元素含量的方法。 利用谱线进行比较,即通过 亮度比较含量,就是与铁基线进 行比较,含量与亮度的对数成正 比关系。(用来进行比较的铁基线 的亮度应不变。)lgI(谱线强度) 四、看谱分析的一般步骤 1、分析前的准备

人工地震波生成程序简介

姓名:郭勇 学号:022******* 人工地震波生成程序简介 一、程序设计内容及方法 1、程序内容 本程序根据特征周期、水平地震波影响系数最大值和地震波幅值等初始条件生成人工地震波,为结构动力分析的时程分析法提供地震波来源。 2、程序设计方法 (1) 理论依据 本程序采用三角级数法生成人工地震波。 对于给定的功率谱密度函数,按照下面的公式可以方便的生成以为功率谱密度函数、均值为零的高斯平稳过程。 (1) 式中: (2) 为内均匀分布的随机相角;,分别为正域内的上、下限值,即认为的有效功率在范围内,而范围外的值可视为零。 为了反映地面运动的非平稳性,采用包络函数乘以平稳过程, (3) (3)式即为人工地震波模型。 可根据下式确定: (4) 式中:为衰减系数,通常取值范围为0.1~1.0,本程序取0.15;,和根据不同实际情况取值,为地震波持时,本程序取,分别为4s,15s,和均为40s。 本程序采用《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)中的反应谱作为目标谱,通过Kaul 提出的平稳过程反应谱与功率谱的近似关系 (5) 式中:为规范反应谱;为阻尼比;为地震动持时;为反应不超过反应谱值的概率,本程序取0.85。通过(3)式和(5)式即可生成人工地震波。 (2) 程序实现方法 首先建立基于对话框的应用程序框架,添加的主要控件为3个编辑框和4个按钮。3个编辑框分别作为程序中的特征周期(对应成员变量为m_dTg)、水平地震影响系数最大值(对应成员变量为m_dAmax)和地震波幅值(对应成员变量为m_pd)3个数据的交互输入处;4个按钮分别为"生成地震波"、"输出地震波"、"输入地震波"和"退出"。 添加的成员函数有:Wavegener()(生成地震波)、Wavedrawing()(绘制地震波加速度时程曲线)、OnSTART()(对应"生成地震波"按钮,实现生成地震波的功能)、OnOutput()(对应"输出地震波"按钮,实现输出数字化的地震波记录的功能)和OnInput(对应"输入地震波"按钮,实现输入数字化的地震波记录并绘制其加速度时程曲线的功能)。 几点说明: a 生成随机相角的程序如下: srand((unsigned)time( NULL ));

反应谱生成人工地震波

反应谱生成人工地震波 一、软件SIMQKE_GR使用说明 1.先安装程序 2.使用方法 双击,打开程序,可以得到如图1界面。 图1 程序开始界面 如图1所示,由于程序本身提供的反应谱是适用于欧洲规范的,不适合于我国的规范反应谱,因此不能通过调整参数来获得符合我国规范的反应谱。可以采用导入的方法来输入反应谱。 3.点击菜单栏“file”—“Import spectra data”,出现打开对话框,如图2所示, 要求打开一个已经存在的反应谱文件(如 1.srf)。

图2 导入反应谱文件对话框 4.文件格式如下所示(红字部分不能修改,注意反应谱单位为g),下面部分 可以替换。 response spectrum time(s) acc(g) 0 0.1215 0.01 0.13635 0.02 0.1512 0.03 0.16605 0.04 0.1809 0.05 0.19575 0.06 0.2106 0.07 0.22545 0.08 0.2403 0.09 0.25515 0.1 0.27 0.15 0.27 0.2 0.27 0.25 0.27 0.3 0.27 0.35 0.27 0.4 0.27 0.45 0.27

0.5 0.243 0.6 0.2025 0.7 0.173571429 0.8 0.151875 0.9 0.135 1 0.1215 1.1 0.110454545 1.2 0.10125 1.3 0.093461538 1.4 0.086785714 1.5 0.081 1.6 0.0759375 1.7 0.071470588 1.8 0.0675 1.9 0.063947368 2 0.06075 2.1 0.057857143 2.2 0.055227273 2.3 0.052826087 2.4 0.050625 2.5 0.0486 2.6 0.046730769 2.7 0.045 2.8 0.043392857 2.9 0.041896552 3 0.0405 3.1 0.039193548 3.2 0.03796875 3.3 0.036818182 3.4 0.035735294 3.5 0.034714286 3.6 0.03375 3.7 0.032837838 3.8 0.031973684 3.9 0.031153846 4 0.030375 4.1 0.029634146 4.2 0.028928571 4.3 0.028255814 4.4 0.027613636 4.5 0.027 4.6 0.026413043 4.7 0.025851064 4.8 0.0253125

时程分析时地震波的选取及地震波的反应谱化

时程分析时地震波的选取及地震波的反应谱化 摘要:目前我国规范要求结构计算中地震作用的计算方法一般为振型分解反应 谱法。时程分析法作为补充计算方法,在不规则、重要或较高建筑中采用。进行 时程分析时,首先面临正确选择输入的地震加速度时程曲线的问题。时程曲线的 选择是否满足规范的要求,则需要首先将时程曲线进行单自由度反应计算,得到 其反应谱曲线,并按规范要求和规范反应谱进行对比和取舍。本文通过介绍常用 的数值计算方法及计算步骤,实现将地震加速度时程曲线计算转化成反应谱曲线,从而为特定工程在时程分析时地震波的选取提供帮助。 关键词:时程分析,地震波,反应谱,动力计算 1 地震反应分析方法的发展过程 结构的地震反应取决于地震动和结构特性。因此,地震反应分析的水平也是随着人们对 这两个方面认识的深入而提高的。结构地震反应分析的发展可以分为静力法、反应谱法、动 力分析法这三个阶段。在动力分析法阶段中又可分为弹性和非弹性(或非线性)两个阶段。[1] 目前,在我国和其他许多国家的抗震设计规范中,广泛采用反应谱法确定地震作用,其 中以加速度反应谱应用得最多。反应谱是指:单自由度弹性体系在给定的地震作用下,某个 最大反应量(如加速度、速度、位移等)与体系自振周期的关系曲线。反应谱理论是指:结 构物可以简化为多自由度体系,多自由度体系的地震反应可以按振型分解为多个单自由度体 系反应的组合,每个单自由度体系的最大反应可以从反应谱求得。其优点是物理概念清晰, 计算方法较为简单,参数易于确定。 反应谱理论包括如下三个基本假定:1、结构物的地震反应是弹性的,可以采用叠加原理 来进行振型组合;2、现有反应谱假定结构的所有支座处地震动完全相同;3、结构物最不利 的地震反应为其最大地震反应,而与其他动力反应参数,如最大值附近的次数、概率、持时 等无关。[1] 时程分析法是对结构物的运动微分方程直接进行逐步积分求解的一种动力分析方法。由 于此法是对运动方程直接求解,又称直接动力分析法。可直接计算地震期间结构的位移、速 度和加速度时程反应,从而描述结构在强地震作用下弹性和非弹性阶段的内力变化,以及结 构构件逐步开裂、屈服、破坏甚至倒塌全过程。 根据我国《建筑抗震设计规范》(GB5011-2010)(以下简称《抗规》)第5.1.2-3条要求,特 别不规则的建筑、甲类建筑和表5.1.2-1所列高度范围的高层建筑,应采用时程分析法进行多 遇地震下的补充计算。此外《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2010) (以下简称《高规》)第4.3.4条也有相关要求。 2 时程分析时地震波的选取要求 在进行时程分析时,首先面临地震波选取的问题。所选的地震波需要符合场地条件、设 防类别、震中距远近等因素。《抗规》对于地震波的选取主要有以下几点要求: 1、当取三组加速度时程曲线输入时,计算结果宜取时程法的包络值和振型分解反应谱法 的较大值;当取七组及七组以上的时程曲线时,计算结果可取时程法的平均值和振型分解反 应谱法的较大值(其中实际强震记录的数量不应少于总数的2/3)。 2、弹性时程分析时,每条时程曲线计算所得结构底部剪力不应小于振型分解反应谱法计 算结果的65%,多条时程曲线计算所得结构底部剪力的平均值不应小于振型分解反应谱法计 算结果的80%。 3、多组时程曲线的平均地震影响系数曲线应与振型分解反应谱法所采用的地震影响系数 曲线在统计意义上相符。根据规范条文说明,所谓“统计意义上相符”指的是,多组时程波的 平均地震影响系数曲线与振型分解反应谱法所用的地震影响系数曲线相比,在对应于结构主 要振型的周期点上相差不大于20%。但计算结果也不能太大,每条地震波输入计算不大于135%,平均不大于120%。 4、时程曲线要满足地震动三要素的要求,即频谱特性、有效峰值和持续时间均要符合规

人工地震动生成程序

clear clc close all hidden %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% fni=input('生成人工地震波-输入数据文件名(20041012):','s'); fid=fopen(fni,'r'); fs=fscanf(fid,'%f',1);%采样频率 tu=fscanf(fid,'%f',1);%上升时间长度 %上升时间包络线线形(1-直线、2-抛物线、3-指数曲线) iu=fscanf(fid,'%f',1); %上升时间包络线线形参数(只有指数曲线需要具体参数,其均为1) cu=fscanf(fid,'%f',1); ta=fscanf(fid,'%f',1);%持时时间长度 td=fscanf(fid,'%f',1);%下降时间长度 %下降时间包络线线形(1-直线、2-抛物线、3-指数曲线) id= fscanf(fid,'%f',1); %下降时间包络线线形(只有抛物线,指数曲线需要具体参数,其余为1) cd=fscanf(fid,'%f',1); dp=fscanf(fid,'%f',1);%阴尼比值 p=fscanf(fid,'%f',1);%概率系数(一般可取P=0.85) nn=fscanf(fid,'%f',1);%迭代次数 fno=fscanf(fid,'%f',1);%输出数据文件名

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %对目标反应谱取值 x=fscanf(fid,'%f',[2,inf]);%反应谱频率和幅值数据 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% tatus=fclose(fid); %计算生成地震波的数据长度 tl=tu+ta+td; %计算生成地震波的数据长度 nt=round(fs*tl+1); %大于并最接近nt的2的幂次方为FFT长度 nfft=2^nestpow2(nt) %计算频率间隔(Hz) df=fs/nfft %定义反应谱的离散频率向量 f=0:df:(nfft/2-1)*df %计算时间间隔(s) dt=1/fs; %定义的离散时间向量 t=0:dt:(nt-1)*dt %生成0到2PI的随机数为随机相位 g=rand(1,nfft/s)*2*pi; %建立时间包络线 %建立与地震波长度相同元素为1的向量 en=ones(1,nt); %上升时间阶段 %确定上升时间段的长度 l=round(tu*fs)+1 %产生上升时间段的包络线数组元素 switch iu case 1 %直线 en(1:l)=linspace(0,1,1);% y = linspace(a,b,n) generates a row vector y of n points linearly

弹塑性时程分析用地震波选取的基本原则(转载)

弹塑性时程分析用地震波选取的基本原则 地震动具有强烈随机性,分析表明,结构的地震反应随输入地震波的不同而差距很大,相差高达几倍甚至十几倍之多。故要保证时程分析结果的合理性,必须合理选择输入地震波。归纳起来,选择输入地震波时应当考虑以下几方面的因素:峰值、频谱特性、地震动持时以及地震波数量,其中,前三个因素称为地震动的三要素。 1、峰值调整 地震波的峰值一定程度上反映了地震波的强度,因此要求输入结构的地震波峰值应与设防烈度要求的多遇地震或罕遇地震的峰值相当,否则应按下式对该地震波的峰值进行调整。 A′(t) = (A′max/Amax) A (t) 其中,A′(t) 和A′max分别为地震波时程曲线与峰值,A′max取设防烈度要求的多遇或罕遇地震的地面运动峰值; A (t) 和Amax分别为原地震波时程曲线与峰值。 2、频谱特性 频谱即地面运动的频率成分及各频率的影响程度。它与地震传播距离、传播区域、传播介质及结构所在地的场地土性质有密切关系。地面运动的特性测定表明,不同性质的土层对地震波中各种频率成分的吸收和过滤的效果是不同的。一般来说,同一地震,震中距近,则振幅大,高频成分丰富;震中距远,则振幅小,低频成分丰富。因此,在震中附近或岩石等坚硬场地土中,地震波中的短周期成分较多,在震中距很远或当冲积土层很厚而土质又较软时,由于地震波中的短周期成分被吸收而导致长周期成分为主。合理的地震波选择应从两个方面着手:1) 所输入地震波的卓越周期应尽可能与拟建场地的特征周期一致。2) 所输入地震波的震中距应尽可能与拟建场地的震中距一致。 3、地震动持时 地震动持时也是结构破坏、倒塌的重要因素。结构在开始受到地震波的作用时,只引起微小的裂缝,在后续的地震波作用下,破坏加大,变形积累,导致大的破坏甚至倒塌。有的结构在主震时已经破坏但没有倒塌,但在余震时倒塌,就是因为震动时间长,破坏过程在多次地震反复作用下完成,即所谓低周疲劳破坏。总之,地震动的持续时间不同,地震能量损耗不同,结构地震反应也不同。工程实践中确定地震动持续时间的原则是:1) 地震记录最强烈部分应包含在所选持续时间内。2) 若仅对结构进行弹性最大地震反应分析,持续时间可取短些;若对结构进行弹塑性最大地震反应分析或耗能过程分析,持续时间可取长些。3) 一般可考虑取持续时间为结构基本周期的5 倍~10 倍。 4、地震波数量 输入地震波数量太少,不足以保证时程分析结果的合理性;输入地震波数量太多,则工作量较大。研究表明,在充分考虑以上三个因素的情况下,采用3 条~5 条

频谱分析

2.1频谱分析原理 时域分析只能反映信号的幅值随时间的变化情况,除单频率分量的简单波形外,很难明确提示信号的频率组成和各频率分量大小,而频谱分析能很好的解决此问题。由于从频域能获得的主要是频率信息,所以本节主要介绍频率(周期)的估计与频谱图的生成。 2.2.1DFT与FFT 对于给定的时域信号y,可以通过Fourier变换得到频域信息Y。Y可按下式计算 式中,N为样本容量,Δt = 1/Fs为采样间隔。 采样信号的频谱是一个连续的频谱,不可能计算出所有的点的值,故采用离散Fourier变换(DFT),即 式中,Δf = Fs/N。但上式的计算效率很低,因为有大量的指数(等价于三角函数)运算,故实际中多采用快速Fourier变换(FFT)。其原理即是将重复的三角函数算计的中间结果保存起来,以减少重复三角函数计算带来的时间浪费。由于三角函数计算的重复量相当大,故FFT能极大地提高运算效率。 2.2.2 频率、周期的估计 对于Y(kΔf),如果当kΔf = 时,Y(kΔf)取最大值,则为频率的估计值,由于采样间隔的误差,也存在误差,其误差最大为Δf / 2。 周期T=1/f。 从原理上可以看出,如果在标准信号中混有噪声,用上述方法仍能够精确地估计出原标准信号的频率和周期,这个将在下一章做出验证 2.2.3 频谱图 为了直观地表示信号的频率特性,工程上常常将Fourier变换的结果用图形的方式表示,即频谱图。 以频率f为横坐标,|Y(f)|为纵坐标,可以得到幅值谱;

以频率f为横坐标,arg Y(f)为纵坐标,可以得到相位谱; 以频率f为横坐标,Re Y(f)为纵坐标,可以得到实频谱; 以频率f为横坐标,Im Y(f)为纵坐标,可以得到虚频谱。 根据采样定理,只有频率不超过Fs/2的信号才能被正确采集,即Fourier 变换的结果中频率大于Fs/2的部分是不正确的部分,故不在频谱图中显示。即横坐标f ∈[0, Fs/2] 2.5.运行实例与误差分析 为了分析软件的性能并比较时域分析与频域分析各自的优势,本章给出了两种分析方法的频率估计的比较,分析软件的在时域和频域的计算精度问题。2.5.1标准正弦信号的频率估计 用信号发生器生成标准正弦信号,然后分别进行时域分析与频域分析,得到的结果如图 4所示。从图中可以看出,时域分析的结果为f = 400.3702Hz,频域分析的结果为f = 417.959Hz,而标准信号的频率为400Hz,从而对于标准信号时域分析的精度远高于频域分析的精度。 2.5.2 带噪声的正弦信号的频率估计 先成生幅值100的标准正弦信号,再将幅值50的白噪声信号与其混迭,对最终得到的信号进行时域分析与频域分析,结果如图 5所示,可以看出,时域分析的结果为f = 158.9498Hz,频域分析的结果为f = 200.391Hz,而标准信号的频率为200Hz,从而对于带噪声的正弦信号频域分析的精度远高于时域分析的精度。 2.5.3 结果分析与结论

核磁共振光谱分析法在药物分析中的应用解读

核磁共振光谱分析在药物分析中的应用 摘要 对科学产生最大影响的分析方法是核磁共振技术,它被广泛用于许多领域。本文结合核磁共振及核磁共振光谱法的相关概念,介绍核磁共振光谱分析法的特点及其方法,着重于核磁共振光谱分析在体内药物分析中的应用。核磁共振法以其重现性好、特征性强等优点已成为药物研究的重要手段。随着天然药物生产领域的发展,核磁共振作为质量控制的手段已得到重视,并逐渐地应用于实践。相信不久的将来,核磁共振技术将会更好地为人类服务,为药物研究作出贡献。Abstract In science the biggest impact on the analysis method is NMR, it is widely used in many fields. Based on the nuclear magnetic resonance (NMR) and magnetic resonance spectroscopy ,this article introduce nuclear magnetic resonance spectroscopy analysis of characteristics and methods and focusing on nuclear magnetic resonance spectra analysis in vivo drug analysis in application. As natural drug production fields of development, nuclear magnetic resonance (NMR) as quality control means has been seriously, and gradually applied in practice. Nuclear magnetic resonance (NMR) technology will better service to humanity, for drug research to contribute in the future. 关键词: 核磁共振核磁共振光谱法定量分析法药物分析 Keywords: nuclear magnetic resonance nuclear magnetic resonance spectroscopy quantitative analysis method drug analysis 正文:1945年,F.Bloch和E.M.Purcell分别领导的两个小组几乎同时发现了核磁共振(NuelearMagnetic Resonance,简称NMR)现象。NMR技术最初只应用于物理科学领域,但随着超导技术、计算机技术和脉冲傅立叶变换波谱仪的迅速发展,今天核磁共振已成为鉴定有机化合物结构和研究化学动力学等诸多领域中极为重要的方法,而且其应用领域正在逐 步扩大。核磁共振技术在药物检验分析中的应用已有多年,由于其具有其他方法难以比拟的独特优点,即定性测定不具有破坏性、定量测定不需要标样,因此核磁共振技术在药物 分析中应用和发展也越来越广泛?。 核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance)原是一种原子核的物理现象,它的原理可以用一个不严格的简单模型来说明:用最简单的原子核──氢核为例,氢原子核是一个带正电的质子,同时原子核具有自旋性,从古典电磁学的观点看来,这个自旋的带电质子将具有磁性,我们不妨把它暂时看成是个小磁铁。如果我们外加一个磁场,小磁铁在磁场中的不同方位与外加磁场产生不同的作用力,如图一a是较稳定的状态,图一b则是较不稳定的状态。也就是说,「小磁铁」在外

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