實(shí)時(shí)子結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法及其應(yīng)用.pdf

1、現(xiàn)代工程結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜化和大型化，為了提高結(jié)構(gòu)抗震性能，新的設(shè)計(jì)理念、新的構(gòu)造形式、新的建筑材料不斷涌現(xiàn)。結(jié)構(gòu)抗震技術(shù)(特別是結(jié)構(gòu)控制技術(shù))的發(fā)展對(duì)結(jié)構(gòu)試驗(yàn)提出了新的挑戰(zhàn)。對(duì)于動(dòng)力性能與速度或時(shí)間相關(guān)的材料、構(gòu)件，其結(jié)構(gòu)試驗(yàn)要求實(shí)時(shí)加載；同時(shí)，對(duì)于大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)，由于其小比例尺模型與原型之間的相似關(guān)系很難嚴(yán)格滿足，要求進(jìn)行大比例尺或足尺結(jié)構(gòu)試驗(yàn)。實(shí)時(shí)子結(jié)構(gòu)試驗(yàn)為解決以上困難提供了新的技術(shù)手段：它結(jié)合了數(shù)值計(jì)算與試驗(yàn)加載，可以實(shí)現(xiàn)大比例尺甚至

2、足尺結(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)試驗(yàn)。實(shí)時(shí)子結(jié)構(gòu)試驗(yàn)技術(shù)對(duì)于通過試驗(yàn)更客觀真實(shí)地揭示結(jié)構(gòu)的動(dòng)力性能、降低試驗(yàn)成本有十分重要的意義。本文研究實(shí)時(shí)子結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的基本方法及其應(yīng)用，主要研究內(nèi)容如下：1.提出了基于MTS控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)子結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法。充分利用MTS系統(tǒng)FlexTest GT控制器的計(jì)算功能，適當(dāng)設(shè)置系統(tǒng)資源及其參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)值計(jì)算與試驗(yàn)加載的實(shí)時(shí)整合。利用實(shí)時(shí)子結(jié)構(gòu)試驗(yàn)檢驗(yàn)了MTS系統(tǒng)的試驗(yàn)性能，試驗(yàn)結(jié)果與計(jì)算結(jié)果能很好地吻合，說明MTS系統(tǒng)可以滿

3、足實(shí)時(shí)子結(jié)構(gòu)試驗(yàn)對(duì)試驗(yàn)設(shè)備的要求。2.考慮由加載系統(tǒng)動(dòng)力特性引起的逐步積分算法數(shù)值特性的變化，分析了試驗(yàn)系統(tǒng)時(shí)滯及其補(bǔ)償對(duì)實(shí)時(shí)子結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的影響。建立作動(dòng)器的雙線性簡化模型和二階系統(tǒng)簡化模型，分析了考慮時(shí)滯及其補(bǔ)償?shù)乃阕臃纸夥ê椭行牟罘址ǖ姆€(wěn)定性，提出基于作動(dòng)器動(dòng)力性能的時(shí)滯補(bǔ)償方法。試驗(yàn)及分析結(jié)果表明，作動(dòng)器簡化模型可以很好地模擬作動(dòng)器的動(dòng)力特性；時(shí)滯使試驗(yàn)的穩(wěn)定性下降，三階外插補(bǔ)償方法可以提高試驗(yàn)的穩(wěn)定性；基于作動(dòng)器動(dòng)力性能的時(shí)滯補(bǔ)償

4、方法對(duì)時(shí)滯有很好的補(bǔ)償效果。3.為避免隱式積分算法的迭代問題，提出了利用反饋控制原理求解隱式差分方程的實(shí)時(shí)子結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法——等效力控制方法。對(duì)于試驗(yàn)子結(jié)構(gòu)反力與速度相關(guān)的情況，提出等效力命令插值的方法以解決加載速度不均勻的問題，并討論了由等效力命令插值所導(dǎo)致的逐步積分算法數(shù)值特性的變化。以PD控制器為例，通過理論推導(dǎo)、數(shù)值模擬和試驗(yàn)驗(yàn)證的方式討論了等效力控制器的設(shè)計(jì)。數(shù)值模擬和試驗(yàn)研究結(jié)果表明，如果等效力控制器設(shè)計(jì)合理，等效力控制方法可