確率微分方程式を用いた地震動位相の時間・周波数特性のモデル化と非定常時系列の模擬

使用随机微分方程对地震运动相位的时间和频率特征进行建模以及非稳态时间序列的模拟

• 批准号: 15656111
• 负责人: 佐藤 忠信
• 金额: $ 1.98万
• 依托单位: Waseda University (2005)Kyoto University (2003-2004)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-15656111/
• 关键词: 地震動位相; 群遅延時間; 確率微分方程式; 因果性; 地震動シミュレーション; ランダム振動解析; 位相準拠地震動; ウエーブレット解析; 位相の不確定性; データベース; ヒルバート変換

本研究は,新しい非定常時系列シミュレーション法を開発することを目的として,まず,地震動の位相特性の合理的なモデル化手法を確立し,つぎに,モデル化された非定常位相特性の情報を用いて非定常時系列のシミュレーションを可能する方法論を開発する.このために,ウエイブレット変換を用いて地震動位相の時間・周波数特性を抽出し,それを確率微分方程式の概念を用いてモデル化する.具体的には,位相の周波数に関する微係数として定義される群遅延時間の時間・周波数特性を模擬するための確率微分方程式を導出し,その構成係数を既存の地震動記録のデータセットを用いて,断層破壊過程のパラメータと断層から観測点までの距離の関数として表現する.つぎに,モデル化された群遅延時間を用いて地震動のシミュレーションを可能にするアルゴリズムを開発する.このために,因果性時系列の実数部と虚数部の間に成り立つヒルバート変換の関係を利用して群遅延時間から非定常時系列のフーリエ振幅特性を決定するための理論を展開する.以上の目的を達成するために,本年度に行なった研究の成果をまとめると以下の様である.まず,離散周波数間隔の影響を受けないサンプル群遅延時間をシミュレートするための方法論を確立するために,群遅延時間の周波数軸上での相関性の表現法に関する研究を行なった.さらに,サンプル群遅延時間から直接非定常時系列をシミュレートするための方法論を確立した.1999年台湾集集地震の観測記録を用いて,開発された方法論の有効性を確認した.地震動の非定常群遅延時間の空間相関特性をモデル化することによって,多点で観測された地震動観測記録を用いて,未観測点での地震動波形推定するための方法論を開発した.開発した方法論を基にして,非定常時系列のシミュレーションの新しい体系を確立した.非定常時系列が入力する時の非線形構造システムの応答予測法に関する研究を行った.

は this study, new し い non-stationary series of geomagnetic シ ミ ュ レ ー シ ョ ン method を open 発 す る こ と を purpose と し て, ま ず, ground motion の phase characteristics の reasonable な モ デ ル gimmick を established し, つ ぎ に, モ デ ル change さ れ た unsteady phase characteristics の intelligence を with い て non-stationary series of geomagnetic の シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を may す る methodology を open 発 す る. こ の た め に, ウ エ イ ブ レ ッ ト variations in を with い て seismic phase の を drew し time, cycle for features, そ れ を idea of probability differential equations の を with い て モ デ ル change す る. Specific に は, phase の cycle for に masato す る micro coefficient と し て definition さ れ る の between group 遅 delay time, cycle for feature を simulation す る た め の is rate differential equations derived を し, そ の constitute coefficient を existing の ground motion records の デ ー タ セ ッ ト を with い て, fault broken 壊 process の パ ラ メ ー タ と fault か ら 観 point ま で の distance の masato number と し て table Now す る. つ ぎ に, モ デ ル change さ れ た group 遅 delay between を with い て seismic の シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を may に す る ア ル ゴ リ ズ ム を open 発 す る. こ の た め に, causal series の when be several と imaginary part between の に made into り つ ヒ ル バ ー ト variations in の masato is を using し て group 遅 delay between か ら non-stationary series of geomagnetic の フ ー リ エ amplitude characteristic を" Determine the するため するため theory を expansion する. Above の purpose を reach す る た め に, this year's line に な っ の た research を ま と め る と の below others で あ る. ま ず, number of discrete frequency interval の を by け な い サ ン プ ル group 遅 delay between を シ ミ ュ レ ー ト す る た め を の methodology established す る た め に, group 遅 delay between の frequency on the number axis で の phase masato の performance method に masato す る を line な っ た. さ ら に, サ ン プ ル group 遅 delay between か ら directly the unsteady geomagnetic series を シ ミ ュ レ ー ト す る た め を の methodology established し た. 1999 Taiwan chi-chi earthquake の 観 test record を with い て, open 発 さ れ の た methodology have sharper sex を confirm し た. Ground motion の unsteady do 遅 delay の space between phase masato features を モ デ ル change す る こ と に よ っ て, multipoint で 観 measuring さ れ た ground motion record を 観 test with い て, not 観 point で の seismic waveform presumption す る た め の methodology を open 発 し た. Open 発 し を た methodology base に し て, unsteady geomagnetic series の シ ミ ュ レ ー シ ョ ン の new し を い system established し た. In the unsteady time series が input する, <s:1> non-linear structures システム 応 応 answer the pretest method に is related to する research を fields った.

项目成果

Design earthquake motions for railway facilities in Japan

日本铁路设施的地震运动设计

• 发表时间: 2005
• 期刊: Proceedings of EURODYN 2005 Structural dynamics
• 作者: Tadanobu Sato

Ikumasa YOSHIDA, Tadanobu SATO: "Health Monitoring Algorithm by the Monte Cairo Filter Based on Non-Gaussian Noise"Journal of Natural Disaster Science. Vol.24, No.2. 101-107 (2002)

Ikumasa YOSHIDA、Tadanobu SATO：“基于非高斯噪声的 Monte Cairo 滤波器的健康监测算法”自然灾害科学杂志。

Tadanobu SATO, Yoshitaka MURONO, Akihiko NISHIMURA: "Phase Spectrum Modeling to Simulate Design Earthquake Motion"Journal of Natural Disaster Science. Vol.24, No.2. 101-107 (2002)

Tadanobu SATO、Yoshitaka MURONO、Akihiko NISHIMURA：“模拟设计地震运动的相谱建模”自然灾害科学杂志。

適応型モンテカルロフィルターを用いた損傷同定について

使用自适应蒙特卡罗滤波器进行损伤识别

• 发表时间: 2004
• 期刊: 土木学会論文集 Vol.I-67, No.759
• 作者: 吉田 郁政;佐藤 忠信
• 通讯作者: 佐藤 忠信

Yuan Di, Tadanobu Sato: "Liquefaction analysis of saturated soils taking into account variation in porosity and permeability with large deformation"Computers and Geotechnics. Vol.30. 623-635 (2003)

Yuan Di，Tadanobu Sato：“考虑大变形情况下孔隙度和渗透率变化的饱和土的液化分析”计算机和岩土工程。