基于试验子结构恢复力修正的不完整边界条件混合试验方法及系统技术方案

基于试验子结构恢复力修正的不完整边界条件混合试验方法及系统，属于结构工程试验技术领域。为解决混合试验中的不完整边界条件问题，本发明专利技术提出一种基于试验子结构恢复力修正的不完整边界条件混合试验方法及系统。在常规混合试验划分数值子结构和试验子结构的基础上，本发明专利技术对试验子结构建立两套代理模型，两套代理模型和数值子结构模拟方式相同，均在计算机中模拟完成。第一套代理模型设置为完整边界条件；第二套代理模型设置成和试验子结构具有相同的边界条件，属于不完整边界条件。利用两套代理模型对试验子结构的恢复力修正：R

【技术实现步骤摘要】
基于试验子结构恢复力修正的不完整边界条件混合试验方法及系统


[0001]本专利技术涉及一种混合试验方法及系统，属于结构工程试验


技术介绍

[0002]一直以来，地震灾害严重威胁人类社会安全，且造成巨大经济损失和人员伤亡，为此，有必要进行抗震试验研究，为地震设防和抗震设计提供依据。作为抗震试验方法之一的混合试验，是将数值分析与物理试验在线结合在一起的模拟方法，可以实现足尺结构的抗震试验。
[0003]常规混合试验将整体结构划分为数值子结构和试验子结构，数值子结构采用有限元软件等方式在计算机中模拟；试验子结构，需在结构实验室中通过加载设备，如作动器、振动台等，完成边界加载任务。但是，由于实验室条件限制，控制加载困难等因素，加载设备仅能完成试验子结构中易于实现的边界条件，难以满足试验子结构的所有边界条件，未能实现的边界条件将会对实验结果的精度、可靠性产生很大影响，甚至试验结果严重偏离现实，导致试验失败，此问题称为不完整边界条件问题，有不完整边界条件问题的混合试验方法称为不完整边界条件混合试验方法。
[0004]因此，混合试验中，试验子结构的边界条件能否完全实现是保证混合试验结果准确可靠的前提条件。作动器是实现子结构间的边界条件的执行者之一，通常需要在试验子结构边界处布置与边界自由度数目相同或者更多的作动器来模拟其边界条件。对于简单试验子结构，如磁流变阻尼器，其边界条件相对简单，仅需要一台作动器即可，而具有复杂边界条件的试验子结构，如空间框架结构的梁柱节点需要布置六台作动器才能保证数值子结构与试验子结构边界条件的协调，这对实验室硬件设备要求过高。
[0005]因实验室设备限制、自由度控制加载困难等因素，试验子结构的边界条件无法完全实现，这将会改变结构的受力状态，进而影响试验结果的精度、可靠性。因此，如何在有限的实验室资源条件下执行不完整边界条件混合试验，并获取精确、可靠的试验结果，是混合试验的一个重点问题。

技术实现思路

[0006]为解决混合试验中的不完整边界条件问题，本专利技术提供一种基于试验子结构恢复力修正的不完整边界条件混合试验方法及系统。
[0007]本专利技术提出的一种基于试验子结构恢复力修正的不完整边界条件混合试验方法及系统，与常规混合试验方法相比，本专利技术对试验子结构建立两套数值模型(这里的数值模型记为代理模型，两套代理模型均在计算机中模拟)，第一套代理模型的边界条件在数值上完全满足，第二套代理模型在数值上实现和试验子结构相同的边界条件，可以看出，第二套代理模型和试验子结构同为不完整边界条件，只不过是代理模型是计算机模拟的，试验子结构是现实世界制造的，最后通过两套代理模型对试验子结构恢复力进行修正，以弱化甚
至消除不完整边界条件所引起的问题。
[0008]基于试验子结构恢复力修正的不完整边界条件混合试验方法，对结构进行混合试验，在混合试验中，将结构划分为数值子结构和试验子结构，并对试验子结构建立两套代理模型，数值子结构和两套代理模型均在计算机中模拟；
[0009]第一套代理模型记为SurModel_1，设置为完整边界条件；
[0010]第二套代理模型记为SurModel_2，设置成和试验子结构相同的边界条件，为不完整边界条件；
[0011]利用两套代理模型对试验子结构的恢复力进行修正，修正公式为：R
E,i+1
＝R
ExpSub,i+1
+R
Surmodel_1,i+1
‑
R
Surmodel_2,i+1
，R
ExpSub,i+1
为试验子结构的恢复力，R
Surmodel_1,i+1
为代理模型SurModel_1的恢复力，R
Surmodel_2,i+1
为代理模型SurModel_2的恢复力，R
E,i+1
为试验子结构修正后的恢复力。
[0012]进一步地，两套代理模型在计算机中模拟的过程与数值子结构在计算机中模拟的过程相同。
[0013]进一步地，针对结构进行混合试验的过程包括以下步骤：
[0014]利用积分算法求解第i+1积分时刻结构动力方程，获得结构动力自由度上所有位移命令x
i+1
＝[x
N,i+1 x
E,i+1
]T
，x
N,i+1
为数值子结构对应的位移命令，x
E,i+1
为完整边界条件的试验子结构位移命令，试验子结构位移命令，为试验子结构未能满足的边界条件对应的位移命令，为试验子结构满足的边界条件对应的位移命令；
[0015]将x
i+1
分为试验子结构的位移命令代理模型SurModel_1的位移命令x
SurModel_1,i+1
＝x
E,i+1
、代理模型SurModel_2的位移命令和数值子结构位移命令x
N,i+1
，然后分别发送给试验子结构加载设备、代理模型SurModel_1和SurModel_2、数值子结构；
[0016]数值子结构计算完成后得到数值子结构恢复力R
N,i+1
；
[0017]代理模型SurModel_1和代理模型SurModel_2计算完成后分别得到恢复力R
Surmodel_1,i+1
和R
Surmodel_2,i+1
；
[0018]试验子结构的加载设备按照位移命令x
ExpSub,i+1
驱动试件，获取试验子结构的恢复力R
ExpSub,i+1
。
[0019]采用两套代理模型SurModel_1和SurModel_2对试验子结构的恢复力R
ExpSub,i+1
进行修正；并将修正后的试验子结构恢复力R
E,i+1
和数值子结构恢复力R
N,i+1
带入结构动力方程中。
[0020]进一步地，所述结构动力方程如下
[0021][0022]式中，M、C分别为结构的质量矩阵、阻尼矩阵；R为结构的恢复力向量，下角标N和E分别代表数值子结构和试验子结构，下角标i+1表示第i+1积分时刻；x
i+1
、和分别为结构在第i+1积分时刻的位移向量、速度向量和加速度向量；为地震加速度向量。
[0023]进一步地，所述结构动力方程的确定过程中，需要在时间域和空间域上对结构进行离散，并划分出数值子结构、试验子结构，进而获得离散的结构动力方程。
[0024]进一步地，在进行混合试验的过程中，当第i+1积分时刻获得了试验子结构修正后的恢复力R
E,i+1
和数值子结构恢复力R
N,i+1
之后，将修正后的试验子结构恢复力R
E,i+1
和数值子结构恢复力R
N,i+1
带入结构动力方程中，令i＝i+1，重复执行利用积分算法求解第i本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于试验子结构恢复力修正的不完整边界条件混合试验方法，其特征在于，对结构进行混合试验，在混合试验中，将结构划分为数值子结构和试验子结构，并对试验子结构建立两套代理模型；数值子结构和两套代理模型均在计算机中模拟；第一套代理模型记为SurModel_1，设置为完整边界条件；第二套代理模型记为SurModel_2，设置成和试验子结构相同的边界条件，为不完整边界条件；利用两套代理模型对试验子结构的恢复力进行修正，修正公式为：R
E,i+1
＝R
ExpSub,i+1
+R
Surmodel_1,i+1
‑
R
Surmodel_2,i+1
，R
ExpSub,i+1
为试验子结构的恢复力，R
Surmodel_1,i+1
为代理模型SurModel_1的恢复力，R
Surmodel_2,i+1
为代理模型SurModel_2的恢复力，R
E,i+1
为试验子结构修正后的恢复力。2.根据权利要求1所述的基于试验子结构恢复力修正的不完整边界条件混合试验方法，其特征在于，两套代理模型在计算机中模拟的过程与数值子结构在计算机中模拟的过程相同。3.根据权利要求1或2所述的基于试验子结构恢复力修正的不完整边界条件混合试验方法，其特征在于，针对结构进行混合试验的过程包括以下步骤：利用积分算法求解第i+1积分时刻结构动力方程，获得结构动力自由度上所有位移命令x
i+1
＝[x
N,i+1 x
E,i+1
]
T
，x
N,i+1
为数值子结构对应的位移命令，x
E,i+1
为完整边界条件的试验子结构位移命令，子结构位移命令，为试验子结构未能满足的边界条件对应的位移命令，为试验子结构满足的边界条件对应的位移命令；将x
i+1
分为试验子结构的位移命令代理模型SurModel_1的位移命令x
SurModel_1,i+1
＝x
E,i+1
、代理模型SurModel_2的位移命令和数值子结构位移命令x
N,i+1
，然后分别发送给试验子结构加载设备、代理模型SurModel_1和SurModel_2、数值子结构；数值子结构计算完成后得到数值子结构恢复力R
N,i+1
；代理模型SurModel_1和代理模型SurModel_2计算完成后分别得到恢复力R
Surmodel_1,i+1
和R
Surmodel_2,i+1
；试验子结构的加载设备按照位移命令x
ExpSub,i+1
驱动试件，获取试验子结构的恢复力R
ExpSub,i+1
；采用两套代理模型SurModel_1和SurModel_2对试验子结构的恢复力进行修正；并将修正后的试验子结构恢复力R
E,i+1
和数值子结构恢复力R
N,i+1
带入结构动力方程中。4.根据权利要求3所述的基于试验子结构恢复力修正的不完整边界条件混合试验方法，其特征在于，所述结构动力方程如下式中，M、C分别为结构的质量矩...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨格，王尚长，王贞，吴斌，肖嘉俊，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：