一种基于模型更新的时程级迭代实时混合试验方法技术

本发明专利技术提出了一种基于模型更新的时程级迭代实时混合试验方法，属于土木工程、交通、机械、桥梁与航天等技术领域。所述实验方法包括：第一个阶段为：采用试验数据更新试件模型，将更新后的模型与数值子结构相结合，计算下一轮迭代的命令，从而大幅提高迭代收敛效率；第二个阶段为：时程级迭代混合试验方法，将测得的恢复力时程反馈给数值子结构，并且不进行试验子结构模型更新，以消除模型识别更新带来的误差，保证迭代收敛精度。

A Time-Level Iterative Real-Time Hybrid Test Method Based on Model Updating

【技术实现步骤摘要】
一种基于模型更新的时程级迭代实时混合试验方法
本专利技术涉及一种基于模型更新的时程级迭代实时混合试验方法，属于土木工程、交通、机械、桥梁与航天等

技术介绍
传统的结构抗震试验方法主要包含拟静力试验方法、拟动力试验方法和振动台试验方法。拟静力试验方法也称为往复循环试验方法，是采用一定的荷载控制或变形控制对试件进行低周反复加载，使试件从弹性阶段直至破坏的一种试验方法。其优点是操作简单、经济实用，但不能反映地震作用对结构的影响。拟动力试验又称联机试验，将模拟计算机与作动器联机求解结构动力方程。其优点是可以进行大比例尺模型结构的抗震试验，但是很难反应试件的速度和加速度特性。振动台试验是一种能真实再现地震作用和结构反应的试验方法，但是受振动台台面尺寸和承载力的限制，对于大型复杂结构只能进行小比例尺的模型试验，很难完全反应原型结构的性能。实时混合试验是一种新型抗震试验方法。在实时混合试验中，原结构被分为数值子结构和试验子结构两部分，一般对于非线性较强或不确定性集中的部分进行大比例尺甚至足尺模型的混合试验，其余部分作为数值子结构。实时混合试验区别于拟动力试验，要求数值子结构的实时计算和试验子结构的实时加载。在大型复杂的混合试验中，由于数值模拟和边界条件的复杂性，很难保证计算实时和加载实时。具体而言，在常规混合试验方法的一个时间步长内，复杂的数值子结构计算时间过长，无法及时将命令信号传递给加载系统，即无法实现实时计算。类似地，复杂的试验子结构往往需要复杂的加载设备(如振动台)保证子结构间的边界条件，常常难以保证加载精度，即无法实现实时加载。采用时程级迭代混合试验方法，可以有效解决数值子结构的实时计算和试验子结构的实施加载问题。在时程级迭代实时混合试验的早期，由于试件的命令大多偏离真实解，其反力也有较大误差，导致下一步迭代响应结果仍然不理想，即收敛效率较低。针对上述问题，本专利提出一种基于模型更新的时程级迭代实时混合试验方法。本专利技术提出的试验方法，不仅仅可以应用于结构抗震试验。本方法要求试验子结构可多次测试，只要是满足该条件的振动过程，均有可能采用该方法开展试验测试，如土木领域的粘滞阻尼、磁流变阻尼振动控制问题、交通领域的车-桥耦合振动问题、航天领域的飞行器交会对接问题等。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有试验方法存在误差大、收敛效率低的问题，提出了一种基于模型更新的时程级迭代实时混合试验方法。所述基于模型更新的时程级迭代实时混合试验方法，将研究对象分为数值子结构和试验子结构两部分。试验子结构采用高性能电液伺服加载系统完成加载。本专利技术的关键技术在于：为了保证混合试验结果的可靠性，将常规混合试验方法中的积分步长级别的计算和加载变换成时程级别。通过模型更新，来解决常规时程级迭代实时混合试验方法早期收敛效率低的问题。即通过数值子结构计算得出命令时程，传递给加载系统进行全时程加载，采用测得的恢复力时程更新试验子结构模型。本专利技术方法将试验过程分为两个阶段，在第一阶段试验过程中，采用试验数据更新试件模型，将更新后的模型与数值子结构相结合，计算下一轮迭代的命令，从而大幅提高迭代收敛效率。在第二阶段试验过程中，不进行试验子结构模型更新，以消除模型识别更新带来的误差，保证迭代收敛精度。本专利技术针对复杂的数值模拟计算和边界条件，提出了一种基于模型更新的时程级迭代实时混合试验方法。所述方法将试验分为两个阶段，第一阶段为基于模型更新的时程级迭代混合试验方法，第二阶段为常规时程级迭代混合试验方法。具体包含以下步骤：一种基于模型更新的时程级迭代实时混合试验方法，所述迭代混合试验方法包括两个阶段，第一个阶段为：采用试验数据更新试件模型，将更新后的模型与数值子结构相结合，计算下一轮迭代的命令，从而大幅提高迭代收敛效率；第二个阶段为：时程级迭代混合试验方法，将测得的恢复力时程反馈给数值子结构，并且不进行试验子结构模型更新，以消除模型识别更新带来的误差，保证迭代收敛精度。进一步地，所述迭代混合试验方法的具体过程包括：第一个阶段：步骤一、分别建立数值子结构和试验子结构的运动学方程；步骤二、将数值子结构与试验子结构模型相结合，开展数值模拟计算，获得试验子结构的命令时程；步骤三、将步骤二计算获得的命令时程传递给加载系统，对试验子结构进行全时程加载；若有必要，可多轮迭代加载，以实现更高的加载精度；加载过程中测得试验子结构的恢复力时程；步骤四、利用步骤三测得的试验子结构的恢复力时程更新试验子结构模型，完成本轮迭代，本步骤是对试验子结构进行了模型更新；步骤五、将本轮迭代后的恢复力时程与上一轮迭代的恢复力时程进行比较，若误差达到精度标准，则结束本阶段试验；若误差未达到精度标准，则返回到步骤二，重复步骤二至步骤四的过程，进行下一轮迭代，直至误差达到精度标准，当误差达到精度标准时，第一个阶段的试验结束；第二个阶段：步骤六、将满足误差标准时的恢复力时程反馈给数值子结构，开展数值模拟计算，获得试验子结构的命令时程；步骤七、将步骤六获得的命令时程传递给加载系统，对试验子结构进行全时程加载；若有必要，可多轮迭代加载，以实现更高的加载精度；加载过程中测得试验子结构的恢复力时程；步骤八、将步骤七测得的试验子结构的恢复力时程与上一轮迭代的恢复力时程进行比较，若误差达到精度标准，结束试验；若误差未达到精度标准，返回到步骤六，并重复步骤六至步骤七，进行下一轮迭代，直至力时程误差达到精度标准，结束试验。进一步地，步骤二和步骤六所述数值模拟计算的输出为命令全时程，非一个积分步长后的响应。进一步地，步骤三和步骤七所述测得试验子结构的恢复力全时程是指从零时刻至本轮加载结束的恢复力时程响应，并非该采样步的力响应。进一步地，步骤四中将更新后的试验子结构模型与数值子结构相结合，计算整体结构的命令时程。本专利技术有益效果：本专利技术提出的一种基于模型更新的时程级迭代实时混合试验方法，其数值子结构的计算输出为命令全时程，非一个积分步长后的位移。试验子结构测得为试验子结构的恢复力全时程，非该采样步的力响应；在第一阶段试验中，采用试验数据进行试验子结构模型更新，从而大幅提高迭代收敛效率；在第二阶段试验中，将测得的力时程反馈给数值子结构，不对试验子结构进行模型更新，以消除模型识别误差的影响，保证迭代收敛精度。附图说明图1为磁悬浮列车-桥梁整体研究对象模型简图；图2为混合试验中子结构的受力示意图；图3为基于模型更新的时程级迭代实时混合试验基本原理图(以车桥耦合实时混合试验为例)；图4为基于模型更新的时程级迭代实时混合试验流程图(以车桥耦合实时混合试验为例)；图5为基于模型更新的时程级迭代实时混合试验基本原理图(以磁流变阻尼器实时混合试验为例)；图6为基于模型更新的时程级迭代实时混合试验流程图(以磁流变阻尼器实时混合试验为例)。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做进一步说明，但本专利技术不受实施例的限制。实施例1：以磁悬浮列车-桥梁耦合实时混合试验为例，阐述本专利技术方法的基本原理和使用步骤。为了进行磁悬浮列车的悬浮控制系统设计、轨道梁选型和桥梁设计提供试验数据支持，需要对列车-桥耦合振动试验，尤其是列车经过多跨桥时的耦合振动试验。由于桥梁结构试件体积太大，不可能搭建真实的桥梁试件。唯一的解决方案就是采用实时混合试本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种时程级基于模型更新的迭代混合试验方法，其特征在于，所述迭代混合试验方法包括两个阶段，第一个阶段为：采用试验数据更新试件模型，将更新后的模型与数值子结构相结合，计算下一轮迭代的命令，从而大幅提高迭代收敛效率；第二个阶段为：时程级迭代混合试验方法，将测得的恢复力时程反馈给数值子结构，并且不进行试验子结构模型更新，以消除模型识别更新带来的误差，保证迭代收敛精度。

【技术特征摘要】
1.一种时程级基于模型更新的迭代混合试验方法，其特征在于，所述迭代混合试验方法包括两个阶段，第一个阶段为：采用试验数据更新试件模型，将更新后的模型与数值子结构相结合，计算下一轮迭代的命令，从而大幅提高迭代收敛效率；第二个阶段为：时程级迭代混合试验方法，将测得的恢复力时程反馈给数值子结构，并且不进行试验子结构模型更新，以消除模型识别更新带来的误差，保证迭代收敛精度。2.根据权利要求1所述迭代混合试验方法，其特征在于，所述迭代混合试验方法的具体过程包括：第一个阶段：步骤一、分别建立数值子结构和试验子结构的运动学方程；步骤二、将数值子结构与试验子结构模型相结合，开展数值模拟计算，获得试验子结构的命令时程；步骤三、将步骤二计算获得的命令时程传递给加载系统，对试验子结构进行全时程加载；加载过程中测得试验子结构的恢复力时程；步骤四、利用步骤三测得的试验子结构的恢复力时程更新试验子结构模型，完成本轮迭代；步骤五、将本轮迭代后的恢复力时程与上一轮迭代的恢复力时程进行比较，若误差达到精度标准，则结束本阶段试验；若误差未达到精度标准，则返回到步骤二，重复步骤二...

【专利技术属性】
技术研发人员：王贞，颜雪琪，吴斌，许国山，杨格，王涛，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23