基于截面屈服面模型更新的框架結(jié)構(gòu)混合試驗(yàn)方法.pdf

1、混合試驗(yàn)綜合了數(shù)值模擬和物理試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)，是研究結(jié)構(gòu)動(dòng)力反應(yīng)的有效方法之一。子結(jié)構(gòu)技術(shù)的應(yīng)用使混合試驗(yàn)在評(píng)估大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)抗震性能上具有很大的潛力。但是當(dāng)前的子結(jié)構(gòu)混合試驗(yàn)還存在較大模型誤差：一方面源自結(jié)構(gòu)的計(jì)算模型和數(shù)值單元過(guò)于簡(jiǎn)化，如用層模型及構(gòu)件層次本構(gòu)來(lái)描述框架結(jié)構(gòu)；另一方面源于數(shù)值子結(jié)構(gòu)模型參數(shù)的不確定性，如用假定的數(shù)值模型來(lái)描述大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)中無(wú)法進(jìn)行試驗(yàn)又可能進(jìn)入非線性的構(gòu)件，當(dāng)這種數(shù)值模型在結(jié)構(gòu)中所占比例較大時(shí)，混合試驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)

2、就消失了。
　　為了減少子結(jié)構(gòu)混合試驗(yàn)中的兩類模型誤差，有必要采用合理的計(jì)算模型和精細(xì)的數(shù)值單元；可以而且應(yīng)該利用試驗(yàn)子結(jié)構(gòu)觀測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)辨識(shí)預(yù)設(shè)數(shù)值模型的參數(shù)，并在線更新數(shù)值子結(jié)構(gòu)中相應(yīng)部分的模型。這兩個(gè)解決方案還要求有基于有限元軟件的混合試驗(yàn)系統(tǒng)提供技術(shù)支撐。
　　本文以框架結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，以減少模型誤差提高試驗(yàn)精度為宗旨，提出了基于截面屈服面模型更新的框架結(jié)構(gòu)混合試驗(yàn)方法，主要內(nèi)容和結(jié)論如下：
　　(1)提出了梁柱

3、單元中考慮軸力彎矩耦合的截面本構(gòu)模型。根據(jù)截面組合思想構(gòu)建了軸力與彎矩的屈服面，并基于經(jīng)典塑性理論建立了截面本構(gòu)模型；闡述了截面狀態(tài)確定和本構(gòu)關(guān)系積分的方法；編寫了基于MATLAB的桿系有限元非線性分析程序。研究表明，該截面本構(gòu)模型不但能考慮軸力存在及變化對(duì)截面抗彎承載力的影響，而且具有隨動(dòng)、等向及混合強(qiáng)化的特性。此外，與塑性鉸模型和纖維截面模型結(jié)果的比較表明所提截面模型能兼顧計(jì)算精度和效率。
　　(2)提出了梁柱單元中截面本構(gòu)模

4、型參數(shù)的識(shí)別方法。以框架柱為辨識(shí)對(duì)象，提取其基本坐標(biāo)系下桿端位移和力為輸入和輸出信息，并預(yù)設(shè)基于力的單元和截面本構(gòu)為框架柱的數(shù)值模型；采用unscented Kalman Filter(UKF)純參估計(jì)和雙重估計(jì)模式進(jìn)行辨識(shí)；分析了UKF純參數(shù)估計(jì)性能對(duì)初值與噪聲的選擇的敏感性，并探討了有無(wú)模型誤差下兩種估計(jì)模式的識(shí)別效果。研究表明，UKF算法在識(shí)別梁柱截面本構(gòu)模型參數(shù)時(shí)具有較高的精度、魯棒性和計(jì)算效率。
　　(3)建立了基于有限

5、元并考慮模型更新的混合試驗(yàn)系統(tǒng)架構(gòu)。分析了兩環(huán)混合試驗(yàn)系統(tǒng)架構(gòu)存在的問(wèn)題并搭建了一個(gè)混合試驗(yàn)系統(tǒng)仿真平臺(tái)；研究了基于有限元軟件的三環(huán)混合試驗(yàn)系統(tǒng)架構(gòu)，總結(jié)了MATLAB有限元與中間環(huán)dSPACE間數(shù)據(jù)的通信，擴(kuò)展了中間層 dSPACE以包含命令的插值、邊界的控制等功能；提出面向單元并考慮在線模型更新的桿系結(jié)構(gòu)混合試驗(yàn)系統(tǒng)架構(gòu)。研究表明，所提出的仿真平臺(tái)和試驗(yàn)架構(gòu)是可行的，有效的。
　　(4)開(kāi)展了常規(guī)混合試驗(yàn)及考慮在線模型更新的混