外环位移控制与内环力控制的拟动力试验方法

对于大刚度结构试验,采用传统的位移控制加载试验难以进行,为此提出了外环位移控制、内环力控制的混合控制加载方法。在结构上设置外接高精度位移传感器测量位移反应,并设计位移控制器实现结构位移的反馈控制,同时采用一个位移与力转换系数,把位移命令转换为力命令使得加载设备采用力控制加载模式工作。为了验证该方法的有效性,首先介绍该方法的原理,然后进行数值模拟与试验验证。数值模拟和试验结果都表明,当选用合理的控制器参数时,该方法具有非常好的稳定性和精度,要优于传统拟动力试验方法,并且可以实现小位移的精确加载和测量,试验结果更准确。同时该方法中的内环采用力控制要比采用位移控制得到的试验结果更精确。研究表明,该方法可以很好地完成大刚度结构的拟动力试验。     

力-位移混合控制方法在大型多功能试验加载系统拟静力试验中的应用

为了满足结构试验试件尺寸越来越大、边界条件越来越复杂的需求,国内外多家高校和科研机构都开发了大型多功能试验加载系统。对试验系统的精确加载控制是保证试验顺利进行和取得准确试验结果的关键。本文首先介绍国内外现有的一些大型多功能试验加载系统,并针对哈尔滨工业大学结构与抗震试验中心的大型多功能试验加载系统压剪拟静力试验的竖向加载控制方法展开研究。提出应用力-位移混合控制方法实现竖向力加载控制,基于MTS控制系统给出具体实施方案,并通过试验对比传统力控制方法与基于力-位移混合控制方法的控制效果。研究结果表明：传统力控制方法虽然能很好实现稳定的竖向力,但是很难保证试件的压剪受力状态;而力-位移混合控制方法不但可以精确实现轴向力的加载控制,还能确保试件的压剪受力状态。基于力-位移的混合控制方法对于该类加载试验系统的竖向力加载控制具有通用性,在大比例尺柱、墙等试件的压剪试验中具有广阔的应用前景。     

采用力控制加载的拟动力试验等效力控制方法

等效力控制方法是求解非线性方程的隐式积分方法,可很好地应用到拟动力试验中。但是这种方法是基于位移控制加载提出的,对于大刚度结构拟动力试验,采用位移控制加载试验将难以进行,为此提出了力控制加载模式下的等效力控制方法。通过设计一个反力分配系数,使得加载设备采用力控制模式工作,并且采用比例-积分控制器实现等效力的反馈控制。理论分析和数值模拟表明,该方法是一种无条件稳定、无需数值迭代求解的数值积分方法;当选取了合适的控制器参数时,就能消除控制系统的稳态误差。试验结果证明,对于大刚度结构拟动力试验,采用力控制加载得到的试验结果要比采用位移控制得到的结果准确。研究表明,该方法可以很好地应用到大刚度结构拟动力试验中。     

基于多点位移控制的推覆分析算法

该文提出了静力推覆分析的一种新的数值方法,通过引入位移刚性约束来保持恒定推覆侧力分布,实现基于位移控制的推覆分析.首先基于虚功原理对引入位移刚性约束实现保持恒定推覆侧力分布进行了论证,在理论上证明了该方法既适用于弹性结构,也适用于弹塑性结构.随后,以通用有限元程序MSC.MARC为例,介绍了如何实现基于多点位移控制的推...     

向量式有限元的力-位移复合控制方法

向量式有限元是在向量力学基础上提出的一种新型数值方法,在分析结构大变形和复杂边界条件时具有很大优势。基于向量式有限元基本思想,借鉴结构试验中的力控制和位移控制方法,提出力-位移复合控制的模拟方法,对同一结构、同一分析过程可以分别考虑时间上的力-位移交替控制和空间上的力-位移混合控制,在此基础上可求解结构的大变形。数值算例验证了该方法的可行性和有效性,拓展了向量式有限元的应用范围。     

柔性多自由度力-位移混合控制在结构循环往复试验中的应用研究EI北大核心CSCD

如何模拟试验体在结构中受到的真实边界条件是决定结构试验结果正确性的关键问题,即在边界加载点上实现多自由度系统的命令的准确加载。土木工程结构(或构件)一般竖向刚度大,在重力荷载作用下各个自由度之间存在较强的耦合作用,采用传统方法多个作动器单独加载控制精度低,甚至会出现加载控制失稳的现象。针对这个问题,发展一种可以根据试验体和试验装置特点灵活选择控制点自由度和作动器的力或位移控制方式的混合控制方法,即柔性多自由度力-位移混合控制(FMFDC)策略,提出广义刚度矩阵来近似等效试验体的力-位移关系,并基于广义刚度矩阵设计力-位移转换系数矩阵,采用坐标转换雅可比矩阵将加载装置的几何非线性线性化,采用比例-积分-微分控制方法(PID控制方法)保证各自由度的稳态误差满足精度要求,最终实现多自由度协调加载。基于柔性多自由度力-位移混合控制方法分别建立了六自由度和平面内三自由度加载平台,以小型铁皮筒试验体和足尺钢柱的循环往复试验进行验证,试验结果验证了这种控制方法的可行性和适用性。     

子结构试验的多自由度力-位移混合控制方法研究

现代结构试验通常抽取结构的一部分进行子结构拟静力或拟动力试验,同时对子结构边界进行近似处理,简化加载方案,以期在现有试验条件下满足大比例尺试验的需求。然而,这种方法应用于复杂构件时会带来较大的误差,特别是各向刚度差异很大的构件,由于各自由度之间的耦合效应,以及传统试验装置控制模式和精度的限制,难以实现轴向、剪切、弯曲以及扭转自由度之间的同步协调加载,加载误差严重影响了结构抗震性能评估试验的准确性。针对子结构试验中耦合多自由度同步协调加载问题,利用力-位移混合双闭环控制策略实现多自由度之间的解耦,采用鲁棒性PID控制方法,以减少多自由度同步协调加载过程中试件的材料非线性和加载装置的几何非线性带来的误差,提高子结构试验的精度。通过以某构件的子结构拟动力试验为例验证了所提出的力-位移混合控制方法的可行性和正确性。     

力-变位关系全过程模拟的有限元位移控制新方法

材料、构件及结构的力-变位关系非线性全过程曲线有限元数值模拟中,极限强度和其后的软化下降段模拟一直是未得到较好解决的难题。位移增量控制法可以方便跨越力-变位关系中的极值点,因此它常被用于求解材料、构件及结构包含极限强度后软化下降段的力-变位关系非线性全过程曲线。但是,传统的位移增量控制法需要重新排列有限元方程的刚度矩阵,并存在求解非对称和非带状系数方程的问题,因而限制了其推广应用。该文提出了求解材料、构件及结构的力-变位关系非线性全过程曲线的一种新的位移增量控制方法,该方法通过修改刚度矩阵中相关对角系数的方式,将边界和力作用点的控制位移条件隐含到有限元方程中,从而可以采用有限元荷载控制方法同样的方式进行求解,保证了有限元方程系数矩阵在求解过程中的对称性和带状性,并可方便地在现有通用商业有限元软件中实现。算例分析表明了该文方法的有效性。     

自然冷却风冷冷水机组的控制方法

设计以进水温度与环境温度的差值作为判断条件的自然冷却风冷冷水机组的控制方法,通过理论分析和试验验证,指出该方法可实现压缩式制冷、自然冷却与压缩式制冷混合制冷、纯自然冷却制冷3种冷源模式的自动切换和最大化利用自然冷源的目标。     

拉杆式线位移传感器自动校准系统

研制了一种高效、准确的拉杆式线位移传感器自动校准系统。该系统以高精度光栅传感器测量结果作为线位移传感器的标准位移输入,根据拉杆式线位移传感器输出电压与标准位移输入之间的关系,确定传感器的灵敏度、线性度、重复性等主要特性参数,从而实现对拉杆式线位移传感器的自动校准。     

自复位放大位移型SMA阻尼器优化设计方法研究

该文利用形状记忆合金（SMA）的超弹特性提出了一种新型自复位放大位移型SMA阻尼器（re-centeringdeformation-amplified SMA damper,RDASD）。该阻尼器可将位移变形根据实际工程需要进行放大,通过限制放大以后的位移充分发挥SMA材料的耗能能力。首先建立了该阻尼器的恢复力模型,并通过试验进行了验证。基于SMA材料的旗帜型恢复力模型,分析了预变形、超弹性拉伸位移、刚度和长度四个参数对该阻尼器耗能系数的影响规律。为实现最佳耗能和减震控制效果,提出了该阻尼器的设计准则和性能优化方法。最后以某三层钢框架结构为例,分析了有控和无控两种工况下结构在地震动作用下的动力响应,验证了该阻尼器的减震效果。     

精密测量系统气浮工作台瞬态控制方法

气浮工作台是精密仪器中常用的位移机构.为了消除气体微振动对精密测量的影响,提出了气浮工作台区分两种工作模式:运动模式和测量模式.在掌握气体止推轴承上气和排气的瞬态过程规律的基础上,提出了一种模式切换过程中气浮工作台的瞬态控制方法,实现其运动模式和测量模式的平稳过渡.气浮工作台在上气过程中的偏移不大于250 nm,排气过程中的偏移不大于200 nm,且经历时间在0.3 S左右.该方法的提出提高了气浮工作台的性能,使之成为测量系统中优良的大范围位移系统.     

力-位移分控多点成形新工艺及其回弹控制机理

目的对比研究力-位移分控多点弯曲成形的受力和变形特点,揭示力-位移分控多点成形技术改善成形质量的机理。方法首先设计制造出采用力-位移分控多点成形原理成形的实验装置,并进行圆柱面的实际成形,比较不同成形模式下所获得成形制件的差异,然后采用理论分析和数值模拟等手段,分析对比不同成形模式的受力与变形条件,探讨不同成形模式下的变形特点与规律。结果从理论上给出了力-位移分控多点成形能有效减小回弹、消除"直边效应"的力学原理,指出了力-位移分控多点成形技术减小回弹的根本原因在于法向约束力的作用,且回弹减小量与法向约束力的大小成正比,并通过数值模拟,从应力和应变分布、支反力变化等方面予以了验证。结论力-位移分控多点成形从本质上改变了板材的受力和变形条件,能有效提升成形质量。     

绝对位移直接求解的虚拟激励法

在多点激励动力分析中,传统的虚拟激励法将绝对位移分解成拟静力位移和动态相对位移两部分,而且在构造虚拟加速度及位移激励进行求解时须计算结构拟静模态矩阵,所以必须编制专用程序用于求解,这在一定程度上限制了虚拟激励法的应用。本文提出了一种绝对位移直接求解的虚拟激励方法,该方法通过在支座附加一大质量块并对大质量块构造虚拟力激励从而实现对绝对位移直接求解。该方法不需要另外计算拟静模态矩阵,所以新虚拟激励法可应用于任何具有简谐振动分析模块的有限元软件如ANSYS等,这为虚拟激励法工程应用开拓了广泛的前景。     

水声传感器自动测试位移机构设计

在水声传感器研制过程和实际装机应用之前,需进行大量的试验来测试其性能及可靠性。根据水声传感器的性能测试需求,设计了能够搭载水声传感器进行水下测试的五自由度精密位移试验台,实现传感器在试验水槽内三个直线方向和两个回转角度方向上位置的全覆盖,并提出了一种可以快速检测梯形丝杠螺母传动回程误差的工程测量方法,通过软件补偿的方法来克服回程误差,实现机构运动的准确定位,满足了低成本模式下多自由度精密定位需求。最终,应用激光跟踪仪对试验设备进行了误差检测,保证测试过程中传感器相对位置的准确性。     

DCS系统中液氧泵自动切换控制的实现

通过分析影响液氧泵自动切换控制的各个因素,针对以往液氧泵自动切换过程中出现的切换完成时间长、出口压降快等问题,提出一种可以实现液氧泵无扰动自动切换的控制方案。该方案通过对影响液氧泵自动切换控制的3个方面(惰转泵加载、回流阀控制及转速给定)进行优化,大大缩短了自动切换完成时间,保证了泵出口压力的稳定。整个切换过程平稳,避免了液氧泵切换波动对后续工况的影响。     

基于线阵 CCD 的全息光栅位移传感器

目的：提出了一种新型的基于全息光栅的CCD位移传感器。方法：利用CCD分辨率高，像素均匀等特点，对干涉条纹的移动进行精确定位，利用全息光栅在测量过程中又具有不受光源波长的影响，适用光谱范围宽等特点，实现位移的自动精确测量。结果：系统能够对位移实现自动精确测量。结论：该系统具有一定的实用价值及应用前景。     

一种可控测量力的大量程激光干涉位移传感器

利用音圈电机控制测量过程中测量力的方法,提出了一种可控测量力的激光干涉位移传感器,介绍了传感器的结构及其测量原理.通过对测杆的受力情况进行分析可知,改变音圈电机的驱动电流可以很好地控制触针作用于样品表面测量力大小.分析测杆的运动模型,得出测杆转动会带来水平测量误差,提出了相应的误差补偿方法.使用该传感器对倾斜放置的样品进行了测量,结果表明,该传感器在大量程范围内能实现高精度的表面形貌测量,并有效的控制测量力,减小对测量表面的划伤.     

双衍射光栅位移传感器原理及应用

介绍了一种双衍射光栅位移传感器,给出了其基本结构,并从多普勒效应的角度分析了其工作原理,给出了双衍射光栅产生的干涉条纹的接收方式和相应的光电信号的处理方法。该传感器与精密位移工作台组合成的表面粗糙度测量系统,对粗糙度样板进行了实测,结果表明该传感器能满足表面粗糙度测量要求。     

非接触磁耦合光纤光栅位移传感器

研发了一种基于光纤Bragg光栅（fiber Bragg grating,FBG）技术的非接触磁耦合位移传感器．两块扁圆柱型硬磁铁通过软铁连接起来,形成一U型传感探头．该U型探头与被测物形成一闭合磁路,实现间隙与磁耦合力的转换,再通过一平面薄板结构将磁耦合力转变为光纤FBG的轴向应变．通过理论和实验详细地分析研究了上述两个关键技术环节．研究表明：该非接触位移传感器为一非线性传感器,非线性主要是由于磁耦合力与间隙的平方成反比这一传感器固有特性以及漏磁,特别是漏磁随间隙增加而变大造成的该非线性传感器的数据处理结果为：随机不确定度为0．23％;回程误差为0．376％;传感器综合误差为±0.606％