基于控制点和本构模型更新的混合试验方法及平台实现

发布时间：2020-10-31 00:53

　　 模型更新是提高混合试验精度的有效手段。当混合试验中的数值子结构与试验子结构拥有某些共性参数,比如相同的材料本构参数、截面本构参数或单元本构参数时,可以利用试验数据识别试验子结构的参数,然后更新数值子结构的计算模型,从而达到减小数值子结构模型误差的目的。然而,当前的模型更新混合试验研究主要集中在简单的数值模型上:一方面,数值子结构的模型过于简单,不能描述真实结构的非线性特性;另一方面,待识别的试验子结构的数学模型过于简化,无法用于更新真实结构的数值模型。为了将模型更新混合试验应用到更加真实复杂的结构模型,本文实现了更新有限元模型中任意类型的材料、截面以及单元本构模型的参数,提出了有限元模型更新混合试验方法。同时,为了推动混合试验方法在真实工程结构中的应用,提出了基于控制点的试验加载控制方法,并开发了通用混合试验平台HyTest。本文主要研究内容和成果如下:(1)提出了基于控制点的试验加载控制方法。控制点是能代表结构真实运动或响应的点,实现了控制点目标就实现了结构的加载目标。以控制点作为最小加载控制单元,将控制目标、作动器以及位移计分配到各个控制点上。确定控制目标时,通过整体刚度矩阵考虑各控制点之间的耦合关系;确定控制目标后,各个控制点彼此独立,各自进行外环控制实现目标值。该方法可以兼容各种不同的试验配置,实现力和位移混合目标,适应任意合理的作动器布置方案和位移计布置方案。(2)实现了利用有限元分析软件Open Sees更新任意类型的材料、截面以及单元本构模型的参数,并与混合试验结合形成了有限元模型更新混合试验方法。一方面,采用Open Sees建立试验子结构的数值模型,隐式地作为观测方程,提高了识别效率;另一方面,建立可变参数的数值子结构模型,在Open Sees计算过程中在线更新参数,提高了计算与更新效率。(3)开发了通用混合试验平台HyTest。建立了具有可扩展性的平台架构,并将基于控制点的试验加载方法和有限元模型更新混合试验方法实现在HyTest平台中。试验平台目前可以支持多种类型的试验方法,包括拟静力试验、全结构拟动力试验、混合试验以及模型更新混合试验。(4)开展了单片剪力墙拟静力试验、钢筋混凝土柱子的有限元模型本构参数识别、单层钢框架的常规混合试验以及多层钢框架的有限元模型更新混合试验。结果表明,基于控制点的试验加载控制方法可以有效地实现试验加载目标;有限元模型更新一方面大大提高了混合试验的精度,另一方面具有极高的计算效率,验证了所提出的方法和HyTest通用试验平台的有效性。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU317
【部分图文】：

图 2-4 控制点三自由度位移到作动器伸长量的坐标转换-4 Coordinator transformation of displacements from control point to点目标类型为力时，无法直接通过求解作动器伸长量来力目标。但是可以假定，从控制点增量力目标到作动器增量位移目标到作动器增量位移目标，有着相同的坐标方向上的增量力目标a f 可以用控制点三自由度的)fθ来表示a 1 2 3=x yf A f A f A fθ + + c c ca a a1 2 3= = =x yd d dA A Ad d dθ ， ，-7）可以求得112 21 1xx ylAl l=+

第 2 章 基于控制点的试验加载控制方法模拟可以得到柱顶的水平位移和恢复力分别如图 2-9 和图 2-10 所示。对应 2-1 d)所示的第 3、4 目标步，第 43-90 加载步的控制目标类型为力，其余加的控制目标类型为位移。图中虚线为控制点上的目标，点划线为细分之后的，实线为控制点上实际实现的位移（图 2-9）和恢复力（图 2-10）。

第 2 章 基于控制点的试验加载控制方法模拟可以得到柱顶的水平位移和恢复力分别如图 2-9 和图 2-10 所示。对应 2-1 d)所示的第 3、4 目标步，第 43-90 加载步的控制目标类型为力，其余加的控制目标类型为位移。图中虚线为控制点上的目标，点划线为细分之后的，实线为控制点上实际实现的位移（图 2-9）和恢复力（图 2-10）。图 2-9 单自由度柱子模拟的水平位移Fig. 2-9 Horizontal displacement of a column with one DOF
【参考文献】

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本文编号：2863238