实时耦联动力试验学习剖析.pptx

实时耦联动力试验学习汇报 提纲 常用的动力试验方法 实时耦联动力试验优点 实时耦联动力试验的基本原理 实时耦联动力试验系统构建 实时耦联动力试验分类 实时耦联动力试验研究热点问题 总结 实时耦联 动力试验 数值子结构 物理子结构 耦联 模拟 整个系统动力响应 拟动力试验 常规振动台试验 构件系统 数值积分算法 迟滞补偿方法 模型置于 刚性台上 测量模型在惯性力下响应 液压作用器驱动平台 原型的动力反应 相似律 再现真实地震过程，能反应加载率对动力反应的影响 优 承载力限制，只能缩尺模型 缺 难让所有参数满足相似条件，难反演原型结构动力反应 试验方法 数值分析 恢复力 惯性力 阻尼力 位移，准静态加于试件 计算 拟动力子 结构试验 引入子结构技术 试验模型 结构非线性、不确定集中部分 数值模拟 其他部分 大大降低试件尺寸，解决了实验室规模对大型结构试验的限制，更加经济。 优 缺 延长的时间轴上加载试验，不能实时再现地震过程，不能体现加载速率对结构抗震性能影响 常用的动力试验方法及优缺点 实时耦联动力试验的优点 改进 拟动力子结构试验的基础上 按照实际荷载速率进行加载 综合了拟动力子结构试验和振动台试验的优点 实时耦联动力试验 既能对局部构件进行足尺或大比例模型试验 又能反应结构在实际地震荷载作用下的动力性能 实时耦联动力试验的基本原理 实时耦联动力试验 数值子结构 物理子结构 整体结构 模拟本构关系明确、 动力特性规律清楚的部分 用数值方法求解 非线性强烈、材料特性依赖于加载率的部分 建立物理模型进行试验研究 实时交换 实时考虑两个子结构之间的力平衡条件和变形协调条件 动力响应 基于拟动力子 结构试验思路 需要以实际荷载速率进行加载 实时计算 实时传输 传递体系实时精确加载 传感器实时数据采集 每一个环节必须 高速、精确的完成 实时耦联动力试验的系统构建 分布式实时计算系统 MTS 振动台及控制系统 复制共享内存网络 数据采集系统 实时耦联动力试验的系统构建 首先在宿主机上通过 Simulink对数值子结构建模并通过 Real-TimeWorkshop 工具箱将模型编译成可执行的实时应用 再通过网络连接以 100Mb/s 的速度将其下载到目标机上运行 目标机将实时计算得到的控制信号通过 ScramNet 卡以 150Mb/s 的速度实时传输到MTS 振动台的控制器 进行实时加载 物理子结构的反应通过数据采集系统实时量测、转换及采集，并反馈回控制器中的 A/D 转换器， 作为下一步数值计算的输入 实时耦联动力试验的分类 作动器型 振动台型 混合型 实时耦联动力试验的分类 作动器型 底层 物理子结构 上部结构 数值子结构 先求解数值子结构得 到交界面处的位移 再以此位移为目标 位移驱动作动器加载 最后测量作动器的 反力并反馈给数值 子结构作为下一时 步数值计算的条件 以日本的 Nakashima、 Horiuchi、 英国的 Williams 和美国的 Shing 等学者的研究为代表 实时耦联动力试验的分类 振动台型 以日本的 Igarashi、 英国的 Wagg 和韩国的 Lee 等为代表 取建筑物顶部的减震阻尼器为物理子结构 建筑物整体 结构为数值 子结构 先求解数值子结构得到交界面处的加速度 再以此加速度 为目标加速度 驱动振动台加载 最后测量此时 阻尼器作用于 建筑物的反力 并反馈给数值 子结构 混合型 取建筑物上部 结构和下部 结构同时作 为数值子结构 中部结构为 物理子结构 作动器和振动台 均作为加载装置，按照激振频率划分各自承担的激振输入。 由于力控制不能和位移控制同时作用于一点，而振动台对物理子结构中施加了惯性力， 所以作动器需要以力控制的方式进行加载。 实时耦联动力试验的分类 实时耦联动力试验研究热点问题 数值算法 实时耦联 动力试验 物理子结构 数值子结构 整体结构 的恢复力 试验测量 数值计算 运动方程 式中， 、、x 分别为结点加速度向量、速度向量和位移向量； 为外荷载向量， 为物理子结构的恢复力向量；M、C、K分别为数值子结构的质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵。 液压作动器很难实现 位移和速度的双重控制 通常让作动器实时地达到指定位 移，保证速度近似地达到正确值 显式的 隐式的 当前时步位移求解只取决 于前面时步的各种状态量 当前时步位移的求解还依赖 于当前时步的其它状态量 条件稳定的，求解快速，非常适用于实时耦联动力试验 一般无条件稳定，但需要迭代求解， 不适用于路径敏感的非弹性试件 另外计算时间可能会影响物理子结构的实时加载，通常不能直接应用在实时耦联动力试验中 改进 通过算子分离或者直接子时步反馈技术避免原算法的迭代计算 显－隐式结合算法 将计算时步