[发明专利]一种用于空间结构的多作动器实时混合模拟试验方法

说明书

一种用于空间结构的多作动器实时混合模拟试验方法，把结构划分为数值与试验子结构，数值子结构的计算分为单元力计算和运动方程求解两部分先后进行，试验子结构用多作动器同时加载；对每台作动器进行位移解耦，抵消多作动器对同一点加载时存在位移耦合效应，再进行时滞位移补偿；通过对计算步长下的指令位移按照采样频率进行内插值，对作动器测量力信号按照计算步长抽取，使计算机与作动器信号频率保持一致；根据较少的作动器测量力和试件估计来补充计算满足交界处力平衡条件所需的反馈力；最后启动试验完成整个流程，根据计算到的误差指标评价试验效果。

技术领域

本发明涉及一种用于空间结构的多作动器实时混合模拟试验方法，具体涉及一种针对空间结构多作动器实时混合模拟试验中关键问题的解决方法。

背景技术

传统的结构抗震试验方法包括拟静力试验、拟动力试验和振动台试验。拟静力试验经济实用，却不能完全反映结构的动力特性。拟动力试验采用数值模拟与试验结合，仍属于静力试验的范畴，不能反映试件的速度相关性。振动台试验准确性高，但造价高昂且受承载力限制和尺寸效应的影响。

实时混合模拟试验，是在拟动力试验的基础上发展出的一种新的试验方法，也称为实时子结构拟动力试验。该方法继承了子结构拟动力试验的思路，试验中结构被分为试验子结构和数值子结构两部分，区别在于采用动态加载器代替静态加载器，按照实际的速率对试验子结构进行快速加载。实时混合模拟试验综合了拟动力试验和振动台试验的优点，既可以对局部构件进行足尺或大比例尺试验，以反映复杂构件的速度相关性，又能够使结构在实际地震下的动力行为得到准确的再现，同时试验的成本较地震模拟振动台试验大大降低。

传统的用于平面结构的单作动器实时混合模拟试验存在的问题主要包括时滞补偿、积分算法和评价指标的选择。对于空间结构的多作动器实时混合模拟试验，除了传统试验方法存在的问题外，还需要考虑计算机与作动器信号频率不一致、交界处情况更复杂和多作动器位移耦合的关键问题。

在空间结构的多作动器实时混合模拟试验中，由于空间结构自由度数较多，需要增大步长以保证足够的计算时间，导致计算机与作动器采样频率不一致。数值/试验子结构交界处情况也更加复杂，由于作动器数量有限，得到的测量信号较少，测量信号通常不够满足交界处的力平衡条件。多作动器加载同一点时位移存在耦合效应，会使实际位移与目标位移产生偏差，导致加载不准确。

发明内容

技术问题：本发明提供了一种能考虑多向地震对空间结构的影响及扭转效应，处理复杂的数值/试验子结构边界，将数值子结构计算、补偿、评价和数据交互等运行在同一平台下，使试验流程更加快速完整的用于空间结构的多作动器实时混合模拟试验方法。

技术方案：本发明的用于空间结构的多作动器实时混合模拟试验方法，包括以下步骤：

第一步：将研究对象分为数值子结构与试验子结构，根据交界处位移协调和力平衡条件，建立数值子结构的空间有限元模型，设计试件与加载方案；

第二步：根据所述空间有限元模型建立在地震激励下的结构动力学运动方程，选取计算步长将运动方程离散化成N个时步，第一个时步开始令n＝1，n为当前所处时步编号；

第三步：根据初始条件或上一时步的加速度、速度和位移计算当前时步的速度和位移，并以计算得到的位移中的数值子结构与试验子结构交界处的位移作为指令位移；

第四步：对每台作动器的指令位移先进行解耦修正，再进行补偿修正；

第五步：对补偿修正后的指令位移进行插值，同时对作动器测量力进行抽样；

第六步：根据抽样的作动器测量力计算满足交界处力平衡条件的反馈力，将反馈力代回所述离散化的地震激励下的结构动力学运动方程，计算当前时步的加速度，若n＜N，则令n＝n+1并回到第三步；若n＝N，则将各时步计算的位移、速度和加速度按时步编号排列后作为结构在地震作用下的响应。