基于多自由度力—位移解耦控制的混合试验方法研究

发布时间：2020-11-17 17:03

　　 目前工程结构抗震试验技术特别是混合试验技术高速发展,加速了土木工程学界对结构的认识,也加速了规范制定与数值模拟软件的发展,目前混合试验框架仍有很大潜力与诸多技术难题。多自由度实时混合试验体系涵盖了新兴的与振动台相结合的振动台混合试验技术,其框架有待进一步的开发、定量分析与推广应用,其中存在诸多困难,需要从不同角度如高速计算、实时通讯、模型简化、稳定性、控制误差与精度等角度一一攻克。本文主要从力位移混合解耦控制精度与实时混合试验稳定性等角度来进行分析研究,以期最终实现多自由度实时混合试验的灵活、高频、可靠加载。一、针对桥墩或柱轴向、剪切和弯曲自由度同步加载的耦合问题,本文利用力-位移混合双闭环控制策略实现多自由度之间的解耦,考虑试件的材料非线性和加载装置的几何非线性,提出多输入多输出控制方法减少多自由度同步加载的误差,提高子结构试验的精度。分别以数值模拟与大比例缩尺桥墩结构的循环往复试验为例验证力-位移混合控制方法,数值模拟与试验结果验证了这种解耦控制方法的正确性与可靠性,在平面混合试验过程中,体现了技术迭代的思想。二、基于经典控制伯德图理论,本文提出了一种新的系统量化稳定性分析方法,作为实时混合试验系统的分析依据,可对试件非线性和时滞的临界点作定量分析。以中心差分与算子分解算法对实时混合试验进行了控制系统数值验证,并以4自由度结构试验仿真对伯德图方法进行了验证。三、本文提出一种基于数值振动台与有限元的联合仿真策略,用于实施物理试验之前,通过对系统非线性特别是试件非线性的预测,拟用于对系统非线性作用带来的控制误差进行修正,从而减少振动台试验的误差,也为振动台混合试验的高频精确加载提供一定的基础。
【学位单位】：中国地震局工程力学研究所
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU317
【部分图文】：

图 4 多自由度力-位移混合解耦控制的 Simulink 模型Fig. 4 Simulink model of multi-DOF force-displacement hybrid decoupling control system2.6.1 平行三自由度的加载仿真平行三自由度加载的装置如图 5 所示，加载系统不具有几何非线性，控制过程中只需处理试件的材料非线性。采用了双线性移动硬化模型来模拟试件的层间力学特征，初始刚度分别为 k1=0.516kN/mm，k2=0.684kN/mm，k3=0.684kN/mm，屈服位移均为 50mm，屈服后刚度比均为 α1=0.058。层间恢复力模型归一化滞回曲线如图 6 所示。

作动器1 l1作动器2 l2自由度1 m1层间刚度 k(l2, l3)层间刚度 k(l1, l2)层间刚度 k(l1)自由度2 m23图 5 平行三自由度加载的装置Fig. 5 Loading device of parallel 3-DOF model

中国地震局工程力学研究所硕士学位论文(a) 地震力命令下水平主方向命令与响应ommand and response of earthquake input in main horizontal di(b) 地震力命令下竖向命令与响应a) Command and response of earthquake input in vertical direct
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2 许国山;徐景锋;王贞;周惠蒙;吴斌;周利剑;王向英;;考虑SSI效应储油罐的子结构实验方法与数值模拟[J];防灾减灾工程学报;2014年03期

3 闫晓宇;李忠献;韩强;杜修力;;多点激励下大跨度连续刚构桥地震响应振动台阵试验研究[J];土木工程学报;2013年07期

4 王涛;吴斌;张健;;基于最小二乘法的自适应拟动力子结构试验[J];结构工程师;2011年S1期

5 迟福东;王进廷;金峰;;实时耦联动力试验的时滞稳定性分析[J];工程力学;2010年09期

6 王向英;田石柱;;子结构地震模拟振动台混合试验原理与实现[J];地震工程与工程振动;2009年04期

7 王倩颖;吴斌;欧进萍;;考虑作动器时滞及其补偿的实时子结构实验稳定性分析[J];工程力学;2007年02期

8 保海娥;张自平;程绍革;;振动台型混合试验系统试验设备研究[J];工程抗震与加固改造;2006年06期

9 程绍革,白雪霜,赵鹏飞,王亚勇;结构抗震混合试验技术初探[J];工程抗震与加固改造;2005年05期

10 邱法维,杜文博,刘中田,潘鹏,李文峰,钱稼茹;结构在复杂加载路径下的拟静力实验方法及控制[J];土木工程学报;2003年12期

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本文编号：2887729