NetSLabOSR远程协同拟动力试验平台的开发研究

为了推进拟动力试验方法的研究与应用,基于NetSLab提供的通讯功能,开发了通用建筑结构远程协同拟动力试验平台NetSLabOSR.NetSLabOSR运用NetSLab所提供的通讯模式,从结构远程协同试验的角度,解决了异地计算机之间远程通讯问题,实现了操作信息的传送控制、及时反馈.采用自带的数值模拟功能和利用OpenSees进行数值模拟,NetSLabOSR试验平台能够实现传统本地子结构拟动力试验和分布式远程协同子结构拟动力试验.利用NetSLabOSR试验平台,对钢管混凝土柱-钢梁组合平面和空间框架结构进行了子结构拟动力试验研究.子结构拟动力试验验证了NetSLabOSR试验平台的有效性、稳定性,且具备良好的通讯性能与试验精度.     

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.     

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.     

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.     

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。     

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。     

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.     

大跨度钢结构分步施工模拟方法

针对施工过程中结构几何及边界条件随时间不断变化这一施工力学分析难点,基于先装和后装结构间可通过节点设计构造预夹角的工程实践,提出"生死"子结构先后独立求解、调整"死"结构边界节点转动约束条件的施工模拟方法.分别针对"死"结构为静定和超静定的体系,阐述了两种边界转角条件的调整方法,推导了"生死"子结构的有限元方程,并用该方法对典型算例进行分析、模拟.结果表明,该施工工艺便于后装结构加工且后装结构变形较小,施工完成后结构更接近设计原型.     

基于仿生子结构的铝合金板式节点拓扑优化

针对铝合金板式节点自重大且应用传统拓扑优化效果不佳的问题,在子结构拓扑优化的基础上利用仿生学原理提出一种仿生子结构划分方法,显著改善了铝合金板式节点的拓扑优化效果,并构建一种轻质高强的新型铝合金节点.首先以Y型节点为例提出仿生子结构拓扑优化的基本思路和数学模型并验证了该方法的有效性;然后应用该方法对传统铝合金板式节点进行拓扑优化.优化过程中,先使用SolidWorks软件建立节点模型;然后以甲虫前翅为仿生对象进行拓扑优化子结构划分,并应用HyperWorks有限元软件中的OptiStruct求解器进行给定荷载条件下的节点拓扑优化分析;再通过OSSmooth模块进行FEA reanalysis处理,提取优化结果的关键拓扑特征;最后将拓扑节点有限元模型通过SolidWorks软件进行重建模设计,获得新型铝合金节点.研究结果表明,仿生子结构拓扑优化方法有效提升了结构优化效率和优化效果,应用该方法得到的新型铝合金节点在最大等效应力降低19.97％的同时大幅降低其自重52.91％.     

使用新算法的剪切型子结构振动台试验稳定性

提出了使用无条件稳定显式Chen-Ricles(CR)积分新型算法的剪切型子结构振动台试验方法,包括子结构划分以及试验流程图.通过推导子结构的运动方程进行子结构方法的数值验证,考虑了两种不同量级试验子结构频率的情况.结果表明:当试验子结构频率较小时,子结构方法可以保证稳定性和准确性,反之则不能.最后利用离散控制理论推导出子结构方法方框图的离散闭环传递函数,通过求解传递函数的极点位置判断离散系统的稳定性,进一步论证了数值模拟发现的结果.     

连接子结构法及其在沸腾冷却床动力分析中的应用

采用连接子结构法计算120T/H沸腾冷却床结构的动力学特性,将整结构分成3个子结构,中间连接件部分取作连接子结构,利用位移及力的双协调条件,综合得到了整体结构动力学方程,求得了其前5阶固有频率及振型,并与ANSYS程序的计算结果进行了比较,二者吻合良好.为了验证计算模型及计算方法的合理性及可靠性,设计了冷却床实验模型,并对实验模型进行了理论计算,通过对比实验结果及理论计算结果,证实理论计算模型及方法合理可靠.与ANSYS方法相比,所提出的连接子结构法大大降低了系统自由度,提高了计算效率.通过对沸腾冷却床的振型分析,找出了设计中存在的缺陷,从而可为产品改进设计提供理论依据.     

无对接界面的自由子结构模态综合法

本文提出结构模态分析的一个新方法──无对接界面的自由子结构法。它具有在 子结构模态综合时没有对接界面自由度的优点。通过算例表明,本文方法在求解结构 低阶主模态时具有较高的计算精度。文中还提出计及子结构高阶截余模态剩余影响的 修正方法。     

铁路路基层面的检测与跟踪

利用小波变换将原始雷达记录变换为层面突变信息占主要成分的信号,根据电磁波在层面位置反射回波的特征,设计出层面检测算法,提取出所有道数据的层面点信息,针对层面出现的断裂、跳跃、分岔、交叉等现象,提出层面点归类原则,从而智能地实现层面的跟踪.通过实际资料验证表明,该算法能快速地绘制出铁路路基的层面曲线图,并能反映地下结构层的真实情况,适用于海量数据处理,将技术人员从繁重的读图任务中解脱出来.     

滚动摩擦隔震结构实时拟动力试验数值积分方法

推导了修正Newmark—β方法动力反应计算公式,用于对采用滚动摩擦隔震系统结构实时拟动力试验中非线性动力方程数值积分求解。将整体结构分为三部分：隔震子结构、试验子结构及计算子结构。对隔震子结构及试验子结构采用显式算法,而对计算子结构采用隐式算法,数值计算结果表明改进后的计算方法比显式算法的稳定性有所改善,降低了实时拟动力试验对数值计算稳定性的限制。     

薄带连铸因瓦合金的组织、织构及力学性能研究

将薄带连铸技术引入因瓦合金的制备流程，利用金相显微镜、XRD、EBSD、微观硬度计、拉伸实验机等设备，围绕薄带连铸因瓦合金的组织织构演化及力学性能开展研究.结果表明:在钢液过热度较高的条件下，因瓦合金凝固组织以粗大的柱状奥氏体晶粒为主，织构为强烈的λ纤维织构(<100>//ND).冷轧过程中形成大量的变形亚结构，使硬度(HV)由铸态的165提高至230~240，冷轧织构以典型的铜型织构(112<111>)及S型织构(123<634>)为主.0.7mm厚冷轧板经900℃退火10min，形成包含大量退火孪晶的再结晶组织，织构较漫散，其屈服强度、抗拉强度和断后延伸率分别达293MPa，433MPa和33.4%，与传统流程制备的0.7mm厚因瓦合金的性能相当.     

基于功率谱灵敏度的子结构损伤识别方法

提出功率谱灵敏度与子结构缩聚技术结合的损伤识别方法,在分析响应功率谱对结构单元面积灵敏度的过程中采用差分法,解决了求解参数的偏微分较困难的问题;并将整体结构划分为若干子结构,对未损伤子结构采用Guyan缩聚技术,通过功率谱灵敏度分析的方法对缩聚结构进行损伤识别,该方法只需测量结构的少数几个自由度的响应就可以达到损伤检测的目的.最后,通过1个三层两跨的刚架模型验证了该方法的有效性.