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。     

拟动力抗震试验方法

拟动力试验方法是一种重要的结构抗震试验方法。本文主要论述了拟动力试验的原理、数值积分方法;分析了拟动力试验方法的特点及造成试验误差的原因。     

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.     

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.     

高强钢筋高强混凝土框架结构拟动力试验研究

采用MTS公司生产的液压伺服加载系统对1/2比例单跨二榀二层框架模型进行拟动力试验,研究配有高强钢筋高强混凝土框架结构抗震性能.试验采用经过调幅的具有不同地震加速度峰值的3种地震波作为激励进行加载,共采用11种工况.重点研究了这种结构在地震过程中动力特性的变化、裂缝出现情况、滞回性能、弹性和弹塑性阶段的地震反应及抗震性能.试验结果表明:此类高强混凝土框架结构具有较好的抗震性能.该试验研究成果为在地震区采用高强混凝土框架结构提供了一条有效的途径.     

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.     

隐式动力子结构试验的稳定性分析

探讨了当试验子结构是动力系统时等效力控制方法的仿真方法,提出了一种结合数值仿真确定算法放大矩阵的方法,运用谱半径法研究了等效力控制方法的算法稳定性.研究表明,随质量比、频率比的增大,算法的稳定界限减小;随阻尼比的比值、控制器增益Kp的增大,稳定界限先增后减.与显式方法相比,等效力控制方法的稳定性较好.     

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。     

直接迁移子结构法及在叠积电抗器抗震分析中的应用

针对工程中常见的链式结构的特点,将频响函数和迁移矩阵引入动态子结构方法中,提出了简单高效的直接迁移子结构方法.该方法用子结构的部分特征对来直接计算子结构的频响函数矩阵,从而组成各子结构的迁移矩阵.运用综合求解,可得到整体结构的特征对与谐和激励响应,不仅可大大提高计算效率,而且使主模态的求解变得简明.用此方法计算了三相叠积电抗器的固有频率,根据虚拟激励法把随机载荷转化为虚拟谐和激励,并计算了该结构的随机地震响应.计算结果表明,用直接迁移子结构法求解三相叠积电抗器的固有频率可以节省5/6的计算时间,计算随机地震响应则至少可以缩短1/3的计算时间,从而证明了直接迁移子结构法的有效性和在工程中的实用性.     

关于动态子结构法合理发展方向问题

动态子结构法是现代结构动力学的重要前沿阵地。本文认为其总的合理方向为极力注意于全面扩展其在各领域之应用,同时又组织力量很好地开展及深化其理论及方法的多种多样的研究。此文广泛联系各种工程实践,包括航天器、工程机械、车辆及海洋平台等等,在理论研究上,本文强调基础理论研究并重视每一个理论侧面的研究,诸如非线性、复模态等,并主张改变对各种阻尼情况下的动结构研究比较薄弱的情况,包括现在相当重要的人工阻尼下的情况。建议加速由C_(NV)群上对称结构的研究过渡到解决C_N群上对称的真实盘——叶无序系统的研究,最后本文强调将动结构法与现代结构动力学所有分枝更多更快地融合起来,包括与摄动理论最新进展之融合,以及强调把“动构法之研究落实到随机疲劳下寿命估算问题”,来作为主要发展方向之一。文中对如何更快更好以及如何深入地推广理论成果也作了探讨。本文共提出了十二条见解。     

材料非线性结构的动态子结构法

将Ｂ－Ｈ模态综合法推广到材料非线性体系中,采用子结构凝聚求解非线性动力体系的振动响应,方法简捷,求解体积小,是分析非线性动力问题的一种有效方法,算例表明,该方法运行时间比常规有限元法短,结果可靠。     

弹性约束非均匀梁振动的传递矩阵法

本文采用有限元素法的基本思想与传递矩阵法相结合，研究了非均匀弹性直梁在端部受有直簧和扭簧约束下的自振问题，给出了适合于计算机计算的最一般格式，由此出发可以导出二十多种不同边界条件下的频率方程，提出了非均匀控制变量参数，使计算工作量大为减少，且误差很小、可靠性高。     

子结构法在液压均衡系统特性研究中的应用

由于利用一般的结构分析方法分析液压系统动态特性比较困难，通过推导液压系统广义结构方程，提出了利用动态子结构法求解液压均衡系统在升船机之一大型复杂结构中的动态响应，实现液压均衡子系统与其他子系统动态耦合，进行综合分析。计算机仿真结果表明，采用液压均衡系统后，达到了均衡钢丝绳受力的作用。