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实时子结构试验数值积分方法研究

作　者: 孟凡涛
导　师: 于广明；赵建锋
学　校: 青岛理工大学
专　业: 岩土工程
关键词: 实时子结构试验中心差分法 Chang方法 CR方法反馈控制 Newmark-β方法 α-方法
分类号: TU317
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

实时子结构试验的概念自提出以来,受到各国学者的普遍关注,由于其具有独特的优点和试验的实时性要求,因而其相对于传统试验方法而言要相对复杂的多。实时子结构试验是计算机计算和试验加载相结合的混合试验,由于土木工程中建筑结构自由度数多的特点,使得实时子结构试验的关键科学问题和研究热点主要集中于数值积分方法和试验系统的加载控制这两个方面。本文仅结合这两点做了如下工作:(1)首先通过论述实时子结构试验的研究进展和存在的问题,指出应该进一步研究的问题,并在存在的问题中进行了相关方面的研究。(2)在传统显式数值积分方法的基础上研究了考虑试验子结构质量的中心差分法、Chang方法,研究中通过试验子结构和数值子结构的质量比、刚度比、阻尼比的变化研究算法稳定性的变化,并将两种算法均进行了数值算例分析和在地震作用下的对比仿真分析。(3)将CR方法运用于多自由度的振动台混合实验中,并考虑了作动器的时滞和时滞补偿问题,数值分析结果表明CR方法用于振动台混合试验是可行的,而且三阶外插补偿方法对CR方法的补偿效果较好。(4)将两种传统的隐式积分算法进行了比较,分析了两者之间的关系,并通过位移的向前差分将试验子结构的速度显式化,并将中心差分法的加速度表达式引入,利用显隐式相结合的数值积分算法,运用Simulink进行了实时仿真分析。(5)通过控制理论的方法分析了单自由度体系实时子结构试验中试验子结构的质量对整个试验系统的影响。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-9
第1章绪论  9-18
  1.1 课题背景  9
  1.2 传统结构抗震试验方法  9-11
    1.2.1 拟静力试验  9
    1.2.2 拟动力试验  9-10
    1.2.3 振动台试验  10-11
  1.3 实时子结构试验  11-13
    1.3.1 实时子结构试验的试验原理  11-12
    1.3.2 实时子结构试验存在的问题  12-13
  1.4 实时子结构试验的研究现状  13-17
    1.4.1 实时子结构试验的显式逐步积分算法  13
    1.4.2 实时子结构试验的隐式逐步积分算法  13-14
    1.4.3 实时子结构试验的PID 控制方法  14
    1.4.4 实时子结构试验的滑动模态控制方法  14-15
    1.4.5 实时子结构试验的自适应控制方法  15
    1.4.6 实时子结构试验的时滞问题  15-16
    1.4.7 实时子结构试验中加载装置与试验子结构的相互作用  16
    1.4.8 实时子结构试验的应用  16-17
  1.5 本文主要研究内容  17-18
第2章实时子结构试验考虑试件质量的动力子结构CDM 的稳定性  18-34
  2.1 前言  18
  2.2 中心差分法简介  18-19
  2.3 考虑试件质量的动力子结构中心差分法研究  19-32
    2.3.1 基本方程的建立  19-20
    2.3.2 Duhamel 积分解单自由度体系方程  20-22
    2.3.3 状态方程的建立  22-24
    2.3.4 中心差分法的稳定问题  24-32
  2.4 数值算例  32-33
  2.5 本章小结  33-34
第3章实时子结构试验考虑试件质量的动力子结构Chang 方法的稳定性  34-47
  3.1 前言  34
  3.2 Chang 方法简介  34-35
  3.3 考虑试件质量的动力子结构Chang 方法研究  35-45
    3.3.1 基本方程的建立  35
    3.3.2 状态方程的建立  35-37
    3.3.3 Chang 方法的稳定问题  37-45
  3.4 数值算例  45-46
  3.5 本章小结  46-47
第4章实时子结构试验CR 方法研究  47-52
  4.1 前言  47
  4.2 CR 方法简介  47
  4.3 振动台混合实验中的CR 方法研究  47-50
    4.3.1 基本方程的建立  47-48
    4.3.2 改造的中心差分法  48-50
  4.4 程序仿真图框  50-51
  4.5 算例仿真  51
  4.6 本章小结  51-52
第5章地震作用下的实时子结构试验研究  52-60
  5.1 引言  52
  5.2 仅考虑试件质量的实时子结构试验地震作用仿真  52
  5.3 实时子结构试验考虑试件质量的动力子结构地震作用仿真  52-54
  5.4 振动台混合试验数值仿真研究  54-55
    5.4.1 时滞问题  54-55
    5.4.2 时滞补偿  55
  5.5 振动台混合试验数值仿真  55-58
  5.6 本章小结  58-60
第6章控制理论应用及试验子结构质量影响分析  60-69
  6.1 实时子结构试验α? 方法和Newmark- β方法的关系  60-61
  6.2 利用反馈控制环求解隐式积分算法的非线性运动方程  61-63
  6.3 试验子结构质量对试验系统的影响分析  63-68
    6.3.1 公式建立  63-65
    6.3.2 具体分析  65-68
  6.4 本章小结  68-69
第7章结论和展望  69-71
  7.1 主要研究内容  69
  7.2 主要结论  69-70
  7.3 展望  70-71
参考文献  71-77
攻读硕士期间发表的论文  77-78
致谢  78-79

实时子结构试验数值积分方法研究

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