一种输电塔子结构抗风实时混合实验方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种输电塔子结构抗风实时混合实验方法及系统，包括以下步骤：建立试验子结构以及数值子结构；在有限元软件中输入风荷载时程以及试验子结构的初始参数，计算数值子结构的第一步动力方程；基于第一步动力方程，获得试验子结构的第一步目标位移；基于第一步目标位移，加载试验子结构，并获得试验子结构的反力；将反力反馈给数值子结构，并结合风荷载时程，计算下一步动力方程；基于下一步动力方程，获得下一步目标位移；基于下一步目标位移，判断风荷载时程是否输入完毕

【技术实现步骤摘要】
一种输电塔子结构抗风实时混合实验方法及系统


[0001]本专利技术属于输电塔抗风振动控制
，具体涉及一种输电塔子结构抗风实时混合实验方法及系统
。

技术介绍

[0002]输电塔是重要的生命线工程，其震动破坏损失巨大，其中风振相比于地震灾害破坏更为频繁，影响范围更为广泛
。
而输电塔
(
或塔线体系
)
本身有着高耸
、
大跨越
、
低阻尼的结构特性，其对于风荷载的敏感程度远大于地震荷载
。
[0003]随着减振控制技术的发展，许多学者将调谐质量阻尼器，记忆合金阻尼器，防屈曲支撑，摩擦耗能构件等减振控制技术应用于输电塔上
。
通常的研究方法，如风洞试验和数值模拟等，存在着试验模型缩尺比过小，试验费用较高以及部分构件模拟结果失真等问题
。
[0004]子结构混合试验方法则通过分别构建研究对象的数值子结构和试验子结构，确保试验的实时性以及准确性，可以有效解决上述问题，是研究大型结构动力响应最有的效方法之一
。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在解决现有技术的不足，提出一种输电塔子结构抗风实时混合实验方法及系统，证明了输电塔实时子结构混合试验方法在研究输电塔减振控制方面的有效性，为输电塔的减振控制提供了一种新的思路和方法
。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]一种输电塔子结构抗风实时混合实验方法，包括以下步骤：
[0008]S1
：建立试验子结构，并基于输电塔数值模型，建立混合试验的数值子结构；
[0009]S2
：在有限元软件中输入风荷载时程以及所述试验子结构的初始参数，计算所述数值子结构的第一步动力方程；
[0010]S3
：基于所述第一步动力方程，获得所述试验子结构的第一步目标位移；
[0011]S4
：基于所述第一步目标位移，加载所述试验子结构，并获得所述试验子结构的反力；
[0012]S5
：将所述反力反馈给所述数值子结构，并结合所述风荷载时程，计算下一步动力方程；基于所述下一步动力方程，获得下一步目标位移；
[0013]S6
：基于所述下一步目标位移，判断所述风荷载时程是否输入完毕，若否，则返回步骤
S4
；若是，则试验结束，完成输电塔子结构抗风实时混合实验
。
[0014]优选的，在所述有限元软件中使用弹性梁柱单元或试验梁柱单元；
[0015]在使用所述弹性梁柱单元时，需要输入的所述初始参数包括弹性模量
、
剪切模量
、
截面面积
、
转动惯量
、y
轴惯性矩以及
z
轴惯性矩；
[0016]在使用所述试验梁柱单元时，需要输入的所述初始参数包括初始刚度矩阵
。
[0017]优选的，所述试验子结构采用试验用调谐质量阻尼器子结构，计算调谐质量阻尼
器所需质量的方法为：
[0018]在预设伸长量附近，测得弹簧刚度；
[0019]利用所述有限元软件对输电塔进行模态分析，获得模态分析结果；
[0020]基于所述模态分析结果以及所述弹簧刚度，获得所述调谐质量阻尼器所需质量
。
[0021]本专利技术还提供一种输电塔子结构抗风实时混合实验系统，包括：子结构建立模块
、
第一计算模块
、
加载模块
、
第二计算模块以及循环模块；
[0022]所述子结构建立模块，用于建立试验子结构，并在有限元软件中，基于输电塔数值模型，建立混合试验的数值子结构；
[0023]所述第一计算模块，用于在有限元软件中输入风荷载时程以及所述试验子结构的初始参数，计算所述数值子结构的第一步动力方程；基于所述第一步动力方程，获得所述试验子结构的第一步目标位移；
[0024]所述加载模块，用于基于所述第一步目标位移，加载所述试验子结构，并获得所述试验子结构的反力；
[0025]所述第二计算模块，用于将所述反力反馈给所述数值子结构，并结合所述风荷载时程，计算下一步动力方程；基于所述下一步动力方程，获得下一步目标位移；
[0026]所述循环模块，用于基于所述下一步目标位移，判断所述风荷载时程是否输入完毕，若否，则返回加载模块；若是，则试验结束，完成输电塔子结构抗风实时混合实验
。
[0027]优选的，还包括通信模块，用于进行所述第一计算模块与所述加载模块的连接和通信
。
[0028]优选的，所述试验子结构采用试验用调谐质量阻尼器子结构，所述调谐质量阻尼器子结构基于单自由度质量点试验子结构以及弹簧系统设计
。
[0029]优选的，所述单自由度质量点试验子结构质量为
150kg
，与所述加载模块用螺栓连接，利用滑轮和轨道对所述单自由度质量点试验子结构的运动方向进行控制
。
[0030]优选的，所述调谐质量阻尼器子结构包括盖板
、
端板
、
滑块
、
传力杆
、
连接板
、
摩擦板
、
悬挂弹簧以及若干螺栓
。
[0031]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0032]1.
运用传统混合试验技术原理，基于
Opensees、OpenFresco、MTSCsi
和
MTS
电液伺服系统为基础的混合试验平台，完成风荷载作用下输电塔实时子结构混合试验，实现了输电塔风振控制研究的实时性
。
[0033]2.
设计了一个用于输电塔减振研究的试验用
TMD
子结构
。
综合考虑
TMD
的质量，频率以及混合试验平台加载条件等因素，再利用该结构与单质量点试验子结构结合，共同组成试验用
TMD
子结构，并将该
TMD
结构放置于输电塔横担中部完成试验
。
附图说明
[0034]为了更清楚地说明本专利技术的技术方案，下面对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图
。
[0035]图1是本专利技术实施例输电塔子结构抗风实时混合实验方法流程图；
[0036]图2是本专利技术实施例通讯以及加载结构示意图；
[0037]图3是本专利技术实施例输电塔子结构抗风实时混合实验系统组成示意图；
[0038]图4是本专利技术实施例调谐质量阻尼器子结构正视图；
[0039]图5是本专利技术实施例调谐质量阻尼器子结构俯视图
。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种输电塔子结构抗风实时混合实验方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1
：建立试验子结构，并基于输电塔数值模型，建立混合试验的数值子结构；
S2
：在有限元软件中输入风荷载时程以及所述试验子结构的初始参数，计算所述数值子结构的第一步动力方程；
S3
：基于所述第一步动力方程，获得所述试验子结构的第一步目标位移；
S4
：基于所述第一步目标位移，加载所述试验子结构，并获得所述试验子结构的反力；
S5
：将所述反力反馈给所述数值子结构，并结合所述风荷载时程，计算下一步动力方程；基于所述下一步动力方程，获得下一步目标位移；
S6
：基于所述下一步目标位移，判断所述风荷载时程是否输入完毕，若否，则返回步骤
S4
；若是，则试验结束，完成输电塔子结构抗风实时混合实验
。2.
根据权利要求1所述的输电塔子结构抗风实时混合实验方法，其特征在于，在所述有限元软件中使用弹性梁柱单元或试验梁柱单元；在使用所述弹性梁柱单元时，需要输入的所述初始参数包括弹性模量
、
剪切模量
、
截面面积
、
转动惯量
、y
轴惯性矩以及
z
轴惯性矩；在使用所述试验梁柱单元时，需要输入的所述初始参数包括初始刚度矩阵
。3.
根据权利要求1所述的输电塔子结构抗风实时混合实验方法，其特征在于，所述试验子结构采用试验用调谐质量阻尼器子结构，计算调谐质量阻尼器所需质量的方法为：在预设伸长量附近，测得弹簧刚度；利用所述有限元软件对输电塔进行模态分析，获得模态分析结果；基于所述模态分析结果以及所述弹簧刚度，获得所述调谐质量阻尼器所需质量
。4.
一种输电塔子结构抗风实时混合实验系统，其特征在于，包括：子结构建立模块
、
第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾聪，曹宇轩，张田庚，王德弘，鄂文奇，
申请(专利权)人：东北电力大学，
类型：发明
国别省市：