模型更新是提高混合試驗(yàn)精度的有效手段。當(dāng)混合試驗(yàn)中的數(shù)值子結(jié)構(gòu)與試驗(yàn)子結(jié)構(gòu)擁有某些共性參數(shù),比如相同的材料本構(gòu)參數(shù)、截面本構(gòu)參數(shù)或單元本構(gòu)參數(shù)時,可以利用試驗(yàn)數(shù)據(jù)識別試驗(yàn)子結(jié)構(gòu)的參數(shù),然后更新數(shù)值子結(jié)構(gòu)的計(jì)算模型,從而達(dá)到減小數(shù)值子結(jié)構(gòu)模型誤差的目的。然而,當(dāng)前的模型更新混合試驗(yàn)研究主要集中在簡單的數(shù)值模型上:一方面,數(shù)值子結(jié)構(gòu)的模型過于簡單,不能描述真實(shí)結(jié)構(gòu)的非線性特性;另一方面,待識別的試驗(yàn)子結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型過于簡化,無法用于更新真實(shí)結(jié)構(gòu)的數(shù)值模型。為了將模型更新混合試驗(yàn)應(yīng)用到更加真實(shí)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)模型,本文實(shí)現(xiàn)了更新有限元模型中任意類型的材料、截面以及單元本構(gòu)模型的參數(shù),提出了有限元模型更新混合試驗(yàn)方法。同時,為了推動混合試驗(yàn)方法在真實(shí)工程結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用,提出了基于控制點(diǎn)的試驗(yàn)加載控制方法,并開發(fā)了通用混合試驗(yàn)平臺HyTest。本文主要研究內(nèi)容和成果如下:(1)提出了基于控制點(diǎn)的試驗(yàn)加載控制方法�？刂泣c(diǎn)是能代表結(jié)構(gòu)真實(shí)運(yùn)動或響應(yīng)的點(diǎn),實(shí)現(xiàn)了控制點(diǎn)目標(biāo)就實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)的加載目標(biāo)。以控制點(diǎn)作為最小加載控制單元,將控制目標(biāo)、作動器以及位移計(jì)分配到各個控制點(diǎn)上。確定控制目標(biāo)時,通過整體剛度矩陣考慮各控制點(diǎn)之間的耦合關(guān)系;確定控制目標(biāo)后,各個控制點(diǎn)彼此獨(dú)立,各自進(jìn)行外環(huán)控制實(shí)現(xiàn)目標(biāo)值。該方法可以兼容各種不同的試驗(yàn)配置,實(shí)現(xiàn)力和位移混合目標(biāo),適應(yīng)任意合理的作動器布置方案和位移計(jì)布置方案。(2)實(shí)現(xiàn)了利用有限元分析軟件Open Sees更新任意類型的材料、截面以及單元本構(gòu)模型的參數(shù),并與混合試驗(yàn)結(jié)合形成了有限元模型更新混合試驗(yàn)方法。一方面,采用Open Sees建立試驗(yàn)子結(jié)構(gòu)的數(shù)值模型,隱式地作為觀測方程,提高了識別效率;另一方面,建立可變參數(shù)的數(shù)值子結(jié)構(gòu)模型,在Open Sees計(jì)算過程中在線更新參數(shù),提高了計(jì)算與更新效率。(3)開發(fā)了通用混合試驗(yàn)平臺HyTest。建立了具有可擴(kuò)展性的平臺架構(gòu),并將基于控制點(diǎn)的試驗(yàn)加載方法和有限元模型更新混合試驗(yàn)方法實(shí)現(xiàn)在HyTest平臺中。試驗(yàn)平臺目前可以支持多種類型的試驗(yàn)方法,包括擬靜力試驗(yàn)、全結(jié)構(gòu)擬動力試驗(yàn)、混合試驗(yàn)以及模型更新混合試驗(yàn)。(4)開展了單片剪力墻擬靜力試驗(yàn)、鋼筋混凝土柱子的有限元模型本構(gòu)參數(shù)識別、單層鋼框架的常規(guī)混合試驗(yàn)以及多層鋼框架的有限元模型更新混合試驗(yàn)。結(jié)果表明,基于控制點(diǎn)的試驗(yàn)加載控制方法可以有效地實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)加載目標(biāo);有限元模型更新一方面大大提高了混合試驗(yàn)的精度,另一方面具有極高的計(jì)算效率,驗(yàn)證了所提出的方法和HyTest通用試驗(yàn)平臺的有效性。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TU317
【部分圖文】：

圖 2-4 控制點(diǎn)三自由度位移到作動器伸長量的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換-4 Coordinator transformation of displacements from control point to點(diǎn)目標(biāo)類型為力時，無法直接通過求解作動器伸長量來力目標(biāo)。但是可以假定，從控制點(diǎn)增量力目標(biāo)到作動器增量位移目標(biāo)到作動器增量位移目標(biāo)，有著相同的坐標(biāo)方向上的增量力目標(biāo)a f 可以用控制點(diǎn)三自由度的)fθ來表示a 1 2 3=x yf A f A f A fθ + + c c ca a a1 2 3= = =x yd d dA A Ad d dθ ， ，-7）可以求得112 21 1xx ylAl l=+

第 2 章 基于控制點(diǎn)的試驗(yàn)加載控制方法模擬可以得到柱頂?shù)乃轿灰坪突謴?fù)力分別如圖 2-9 和圖 2-10 所示。對應(yīng) 2-1 d)所示的第 3、4 目標(biāo)步，第 43-90 加載步的控制目標(biāo)類型為力，其余加的控制目標(biāo)類型為位移。圖中虛線為控制點(diǎn)上的目標(biāo)，點(diǎn)劃線為細(xì)分之后的，實(shí)線為控制點(diǎn)上實(shí)際實(shí)現(xiàn)的位移（圖 2-9）和恢復(fù)力（圖 2-10）。

第 2 章 基于控制點(diǎn)的試驗(yàn)加載控制方法模擬可以得到柱頂?shù)乃轿灰坪突謴?fù)力分別如圖 2-9 和圖 2-10 所示。對應(yīng) 2-1 d)所示的第 3、4 目標(biāo)步，第 43-90 加載步的控制目標(biāo)類型為力，其余加的控制目標(biāo)類型為位移。圖中虛線為控制點(diǎn)上的目標(biāo)，點(diǎn)劃線為細(xì)分之后的，實(shí)線為控制點(diǎn)上實(shí)際實(shí)現(xiàn)的位移（圖 2-9）和恢復(fù)力（圖 2-10）。圖 2-9 單自由度柱子模擬的水平位移Fig. 2-9 Horizontal displacement of a column with one DOF
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2863238