桥梁结构远程协同拟动力试验平台开发

基于网络化结构实验室NetSLab系统的通讯功能,开发了梁式桥结构远程协同拟动力试验平台.该平台由控制中心、真实试验机、虚拟试验机3个模块组成.控制中心组织整个试验流程,协调数据通信,并进行整体结构数值分析;真实试验机和虚拟试验机分别采用试验设备和数值模拟来获取试验和计算子结构的恢复力.真实试验机和MTS液压伺服系统之间的通讯采用湖南大学开发的标准ActiveX控件,用于位移指令的发送和试验反馈数据的采集.通过网络通讯速度测试和网络环境调查,结合拟动力试验的特征,建立了可靠的远程协同试验通讯事务处理框架.利用开发的试验平台进行了一系列桥梁结构的远程虚拟协同拟动力试验,验证了该远程混合试验平台的可行性.     

网络化协同结构拟动力试验方法与技术

基于网络结构实验室的概念,以湖南大学为首的研究团体开发了用于远程协同试验的网络平台,称为NetSLab.针对土木工程结构试验中广泛应用的MTS控制系统,应用外部命令控制方法,完成了NetSLab网络平台和MTS控制系统的通讯接口,建立了远程协同结构试验系统.以多跨桥梁结构为试验对象,湖南大学、哈尔滨工业大学和清华大学合作,进行了国内首个远程协同结构拟动力试验.试验结果表明,NetSLab平台在互联网上通讯顺畅,MTS控制系统与网络平台能够准确地进行数据传输和协同控制;多个单一结构实验室可以通过互联网整合成为功能强大的网络结构实验室,实现试验设备的远程共享,为进行更为复杂的子结构远程协同试验提供了试验平台.同时,也为建立我国远程协同结构试验示范网络体系提供了基础平台.     

单自由度结构远程分析及拟动力试验平台

基于网络结构实验室概念,开发了一个单自由度结构体系远程协同分析和拟动力试验平台.该平台由控制中心、真实试验机、虚拟试验机和远程观察器4个模块组成,各模块由计算机网络连接在一起,采用并行通讯模式实现控制中心与试验机和观察器之间的数据传输.利用该平台进行了钢管混凝土柱在3个水准地震作用下的协同拟动力试验,并进行了理论分析对比.平台的开发应用初步实现了异地分布式协同结构拟动力试验理论,进一步扩充可应用于更为复杂的子结构协同拟动力试验,从而将多个单一结构实验室整合为功能强大的网络结构实验室,提高了试验能力,达到了资源共享的目的.     

多层框架结构远程协同拟动力试验方法研究

针对国际土木结构试验的网络化发展的趋势,研究了多层剪切型结构模型的远程协同拟动力试验方法,建立了任意选取层子结构时整体结构的动力方程,通过分析三层房屋结构不同的子结构选取方式来研究试验子结构边界条件的模拟.为了验证该试验方法,进行了四层框架结构的远程控制拟动力试验.通过两种不同的子结构选取方式进行对比分析,试验结果表明,本文提出的试验方法是可行的,也为异地不同的实验室之间同时进行数个子结构的多层房屋结构的远程协同拟动力试验提供了可能.     

基于OpenSees的子结构拟动力试验方法研究

研究了以有限元软件OpenSees为核心计算平台的子结构拟动力试验方法,主要探讨了在OpenSees中实现子结构反应量实时查询、子结构边界条件处理,以及利用OpenSees的通信协议实现试验子结构和整体结构时程分析程序之间位移指令和反馈力的数据交换方法.利用本文方法进行了8层防屈曲支撑高层钢框架的虚拟子结构拟动力试验,试验结果与采用OpenSees进行整体时程分析的结果吻合良好,证明了本文子结构拟动力试验方法的可行性与有效性.     

基于ABAQUS的子结构拟动力试验方法研究

子结构拟动力试验将整体结构分为数值子结构与试验子结构,数值子结构通常采用研究人员自行编制的程序。研究了以ABAQUS为核心计算软件的子结构动力试验方法,介绍了利用Python语言编制的有限元软件接口,包括利用socket实现数据通讯、ABAQUS数据库的读取与写入以及利用Python在ABAQUS中建立分析步等。利用提出的方法进行了简单的虚拟试验,并与ABAQUS整体分析结果进行比较。比较结果显示了方法的可行性。通过对不同结构的虚拟实验,验证提出的软件通讯接口具有一定的通用性。     

基于OpenSEES的复杂子结构拟动力试验方法研究

以OpenSEES为核心计算平台,针对框架结构体系取复杂子结构的拟动力试验方法开展研究。探讨了取局部结构体系为试验子结构时的边界条件模拟方法,解决了数值子结构因形成几何可变体系而无法在OpenSEES中求解的问题。通过一榀十二层五跨防屈曲支撑钢框架结构和一榀八层三跨钢筋混凝土框架结构取一层一跨和一层三跨结构体系为试验子结构的拟动力试验,验证了本文子结构拟动力试验方法的可行性与有效性。     

子结构拟动力试验边界条件模拟方法

针对框架结构体系研究了基于有限元软件OpenSEES的子结构拟动力试验方法.以单层单跨钢框架为例进行了3种不同边界条件模拟方案下的子结构拟动力试验,其中严格边界条件下的试验结果与整体结构时程分析结果完全吻合,表明了该方法的正确性.在此基础上,针对单层、5层与8层3个四跨钢筋混凝土框架,采用杆系模型进行3种不同边界条件模拟方案下的子结构拟动力试验.试验结果表明,仅考虑水平位移边界条件时对试验子结构柱的滞回曲线模拟误差较大,同时考虑水平位移与转角边界条件则能很好地模拟试验子结构柱的滞回曲线.各种简化边界条件对基底剪力影响较小,而对底层水平位移的影响则基本可以忽略.研究结果可以为子结构拟动力试验方案设计提供参考.     

高阶单步拟动力子结构试验算法

在高阶单步拟动力试验算法基础上,将具有无条件稳定、优良的算法阻尼特性、无超越现象、截断误差为Δt5的高阶单步法用于拟动力子结构试验,提出了高阶单步拟动力子结构试验算法.根据拟动力子结构算法数值模拟分析结果,以及底部框支配筋砌块短肢砌体剪力墙足尺模型结构试验结果,证实了高阶单步算法的可行性和优越性.     

基于OpenSEES的复杂子结构拟动力试验方法

以OpenSEES为核心计算平台,针对框架结构体系取复杂子结构的拟动力试验方法开展研究。探讨了取局部结构体系为试验子结构时的边界条件模拟方法,解决了数值子结构因形成几何可变体系而无法在OpenSEES中求解的问题。通过一榀十二层五跨防屈曲支撑钢框架结构和一榀八层三跨钢筋混凝土框架结构,取一层一跨和一层三跨结构体系为试验子结构的拟动力试验,验证了此子结构拟动力试验方法的可行性与有效性。     

子结构拟动力试验的模型修正法

分别针对剪切模型和杆系防屈曲支撑模型,采用有限元软件OpenSEES整体时程分析方法,研究了试验子结构数量对子结构拟动力试验结果的影响。结果表明:随着试验子结构数量的增多,试验结果精度逐渐提高,呈现出近似二次抛物线形变化规律。在构件数量较多结构体系中,试验子结构数量较少时,子结构拟动力试验的精度不高,试验的意义不大。针对一个单跨两层带斜撑框架模型,基于OpenSEES进行虚拟子结构拟动力试验,采用最小二乘法,利用试验子结构观测数据,在线识别试验子结构的恢复力模型参数,并实时修正与试验子结构有相同恢复力特性的数值子结构恢复力模型。不同试验工况下试验结果对比表明:即使试验子结构数量受到限制,在子结构拟动力试验过程中,基于最小二乘法模型修正方法可以显著提高子结构拟动力试验的精度。     

基于纤维模型的RC结构的钢筋本构关系研究

以基于纤维模型的OpenSees软件为平台,首先,选用常用的钢筋本构(Steel01,Steel02)和混凝土本构(Mander,Hoshikuma),对PEER数据库中的两个钢筋混凝土柱的拟静力试验进行了数值建模与对比分析;再采用OpenSees软件中Reinforcing Steel钢筋本构模型,对钢筋单调拉压试验、循环加载试验、疲劳试验以及钢筋混凝土柱拟静力试验进行了模拟与对比分析.结果表明:现有的混凝土本构模型已相对成熟,并能较好地满足非线性数值模拟的精度要求,混凝土本构模型的改变对计算结果的影响不大,而钢筋本构模型的改变则会对分析结果产生较大的影响;Reinforcing Steel模型有效地提高了非线性模拟分析的精度,但也存在着对钢筋滞回曲线捏拢效应体现不足、分析结果偏于保守、计算过程较为复杂且较难收敛等缺点,尚需要对钢筋本构模型进行进一步的改进与完善.     

Network platform for remote structural testing and shared use of laboratories

This paper presents a network platform developed for remote testing of scaled model or prototype structures and structural elements. The network platform, NetSLab, was developed based on the client/server concept along with a proposed data model and the communication protocols. The platform is capable of transferring the control and feedback data as well as signals among remotely located structural testing laboratories or computers connected by Internet. Several concepts were introduced to develop the platform and to provide relatively easy and friendly interface for applications and further enhancement. Trial and actual tests were successfully carried out at the Hunan University, China and the University of Southern California, USA. Models simulating bridge piers and piles or building substructures were subjected to recorded earthquake ground motions, and the tests were controlled remotely over the Internet using the platform.     

基于实车试验大数据分析的插电式混合动力汽车能量管理策略解析

以某先进的串并联混合动力系统为研究对象,提出一种插电式混合动力汽车能量管理策略的逆向解析方法。基于功率流和能量分析,设计试验解析流程,通过实车试验,分别完成对整车动力性、经济性测试及其性能影响分析,在此基础上制定插电式混合动力汽车的能量管理策略。最后基于MATLAB/Simiulink平台及其Simscape模型库,开发了基于实车试验大数据的串并联插电式混合动力汽车仿真平台,通过仿真与实车试验的对比分析,验证了解析策略的正确性。     

柴油机混合动力客车测试平台的开发

为了对自行开发的柴油机混合动力客车系统进行相关的控制策略研究及性能分析，开发了一个测试平台．分析了该测试平台的软硬件功能．测试平台硬件采用模块化的设计方法，以PIC18F458为主芯片设计了测试平台的硬件采集板，包括电源模块、通讯模块以及信息采集模块等．详细分析了各个模块的结构以及设计方法．介绍了基于Labview的软件程序设计方法，包括底层驱动程序以及上层监测程序．采用多线程、Labview与C＋＋混合编程的设计方法，提高了通讯的实时性．柴油机混合动力客车台架试验表明，此平台运行功能良好，通讯质量实时可靠．