考虑补偿的多自由度实时耦联动力试验时滞稳定性分析

该文首先建立考虑振动台响应时滞和时滞补偿策略的多自由度实时耦联动力试验的数学模型.然后以二层和三层框架结构为例,采用基于Padé展开逼近时滞项的根轨迹方法研究其稳定性.最后利用试验验证了理论分析得出的稳定条件.结果表明:时滞要求物理子结构和数值子结构的质量比小于一定的临界值才能保证试验的稳定;该临界值随时滞和结构自振频...     

二阶段在线迭代时滞补偿方法及试验验证

实时子结构试验是结构抗震性能研究的重要方法之一;有研究表明,液压伺服系统的时滞在实时子结构试验中产生负阻尼效应,导致试验结果不准确;而试验中时滞是时变参量,无法事先测得;因此,对实时子结构试验控制系统进行时滞补偿具有重要意义。介绍了二阶段时滞补偿的原理,将系统时滞分割为空载定时滞和负载变时滞,提出基于二阶段时滞补偿的控制方法,设计实时计算系统时滞的方法。经数值模拟和刚性构件实时子结构试验,验证所提出的时滞补偿方法具有精度高、鲁棒性好的特点。     

基于最小二乘法的时滞实时在线估计方法

在实时子结构试验中,液压伺服加载系统的时滞可能导致试验因丧失稳定而失败,因而时滞估计和补偿是该类试验的关键问题之一.在分析另外两种实时子结构试验时滞估计方法缺点的基础上,根据泰勒级数建立了命令位移、响应位移和系统时滞之间的近似关系,提出了采用渐消记忆递推最小二乘算法实时在线估计系统时滞的方法.时滞估计算例表明,即使考虑了随机测量误差和幅值误差,该方法也具有较好的反应速度和精度,能较好地跟踪系统时滞的变化.实时子结构试验时滞补偿算例表明,所提出的估计方法的精度、反应速度和时滞补偿效果都比较理想.与另外两种实时子结构试验时滞估计方法相比,该方法具有一定优势.     

考虑数值积分算法的实时子结构试验稳定性研究

实时子结构试验是研究动载荷下结构行为和性能的高效试验方法之一,持续受到国内外学者的青睐。稳定性是保证实时子结构试验顺利进行的必要条件,该文对实时子结构稳定性研究进展进行了分析介绍。以单自由度实时子结构试验为例,使用z变换将单自由度结构运动方程离散后引入CR积分算法,用闭环传递函数的极点分布情况对结构的稳定性进行判断,并得到系统的稳定域。对该文方法和已有的连续稳定性分析方法,研究了子结构划分和阻尼比对试验稳定性的影响,并对比了两种方法的结果。同时使用数值模拟和试验证明了该文方法的正确性和可靠性。研究结果表明:结构的质量比、刚度比对实时子结构试验系统的稳定性起决定性作用。增大结构的阻尼比可以改善系统稳定性。对CR法而言,当积分算法的步长小于0.01 s时,两种方法绘制的稳定域基本相同,此时可以直接使用连续方法进行稳定性分析。反之,当积分步长大于0.01 s后,就必须考虑积分算法对系统稳定性造成的改变,此时建议使用该文方法进行稳定性分析,结合时滞考虑实际积分算法的影响。     

基于时滞追踪的实时混合试验自适应补偿方法

实时子结构试验方法因其高效、适用面广,近20年来受到结构试验领域的重视。虽然近年来硬件技术有所提升,但仍受到一些限制,例如,作动器加载时运动机构和控制回路存在时滞,导致无法准确地施加位移。故实时子结构试验中,如何消除时滞影响成为试验成功与否的关键所在。为了减小和消除实时子结构试验中时滞的不利效应,该文首先根据液压伺服作动系统和Simulink建立了实时子结构试验平台,而后提出了基于时滞追踪的自适应补偿方法,最后采用数值仿真和子结构加载试验进行了验证和参数分析。结果表明:该算法可根据作动系统负载不同对时滞实时自适应地补偿,从而避免迭代试验。该方法不改变原控制器固有算法,也无需对系统时滞参量进行预判定或系统辨识,只需将提出的自适应补偿算法串联接入到系统之中即可,实用性、鲁棒性好。算法对非线性系统导致的时变时滞效应也有理想的补偿效果,通过一个铝合金梁的弯曲测试说明了该算法的正确性,可推广应用于结构实时仿真试验。     

基于实时混合试验误差累积规律的时滞影响修正方法

为减小实时混合试验中的时滞影响,通常要对数值子结构计算得到的控制指令进行在线时滞补偿。为了保障实时性,要求作动器的负载不宜过大并处于最佳的性能区间。由于大比尺实时混合试验中物理子结构负载较大,对控制系统和作动器性能都提出较高的要求。此外,目前时滞补偿算法是无法完全消除时滞影响的,也即,时滞普遍存在于实时混合试验中且无法避免。针对上述问题,基于双显式数值积分算法的误差累积规律,该文提出了一种可以在试验后对试验结果进行修正以消除时滞不利效应的方法。分析了时滞对于实时混合试验结果的影响,对较大时滞情况下,尽管系统稳定,但可能得到“错误”的试验结果;通过理论推导,证明提出方法的合理性和适用性;通过4种实时混合试验工况的模拟,验证物理子结构分别为线性刚度、线性阻尼、非线性刚度及非线性阻尼构件的时滞修正效果。结果表明:所提出的方法可以显著降低时滞对于试验结果的影响;该方法对试验中时滞补偿效果不理想的情况,可以对位移、速度和加速度结果进行修正。     

防屈曲支撑的实时能量守恒子结构试验

为了提高子结构试验技术对非线性结构的稳定性,把无条件稳定的能量守恒逐步积分方法实施于子结构试验中,提出基于该逐步积分方法的子结构试验方法(以下简称能量守恒子结构试验方法)。采用等效力控制方法求解隐式差分方程。为解决实时能量守恒子结构试验时滞问题,利用三阶外插补偿原理给出时滞补偿时的等效力命令计算公式。实现了非线性防屈曲支撑试件的实时能量守恒子结构试验,试验结果证明了提出的试验方法对非线性结构具有可行性,等效力控制方法解决非线性隐式方程迭代问题是有效的,同时说明应用三阶外插补偿原理进行等效力命令时滞补偿具有很好的补偿效果。     

基于近完全时滞补偿方法的隐式实时混合试验方法

实时混合试验是一种新型结构抗震混合试验方法。隐式逐步积分算法虽然具有稳定性好的特点,但在实时混合试验中实施困难。文章在分析两种多自由度隐式实时混合试验方法的基础上,结合近完全时滞补偿方法,提出了一种新型隐式实时混合试验方法,并分析了该方法的性能。数值模拟表明,该方法具有较高的收敛速度和计算精度,能够同时考虑时滞补偿,能满足自由度数目较多的多自由度结构实时混合试验的要求。     

实时混合试验的自适应线性二次高斯时滞补偿方法研究

时滞补偿是实时混合试验(RTHS)成功非常关键的环节,传统时滞补偿方法主要针对建筑结构实时混合试验设计,主要关注低频的时滞补偿能力,但航空、交通等领域的结构频率较高,甚至超过10 Hz,高频信号对结构响应的影响不可忽略,较高的结构频率要求更小的时滞保证稳定性,对其进行实时混合试验需要在较宽频带上实现时滞补偿。该文提出了自适应线性二次高斯算法(ALQG)提高对高频信号的时滞补偿能力和稳定性。采用不同轨道梁截面刚度参数的桥梁作为数值子结构进行实时混合试验,检验ALQG算法在车桥耦合系统RTHS中时滞补偿的有效性和稳定性,并与采用ATS的结果进行比较。试验结果表明:ALQG算法能够较好补偿RTHS中的高频信号,补偿效果优于ATS算法。     

有限元实时耦联动力试验的时滞稳定性研究

该文针对数值子结构使用有限元模型的实时耦联动力试验(FE-RTDHT)系统,建立了考虑加载体系时滞及其补偿的动力分析模型。采用根轨迹方法,进行了FE-RTDHT算例的时滞稳定特性分析,并对稳定性分析结果进行了数值仿真验证。研究结果表明:时滞明显改变了FE-RTDHT系统固有模态的动力特性,使得试验子结构质量必须小于某一临界值才能保证试验系统的稳定;三阶多项式预测补偿可以明显改善系统固有模态的动力特性,但是对系统稳定性的影响与系统失稳机理相关。     

试件-加载系统相互作用对实时子结构试验系统稳定性影响

实时子结构试验将易于建模部分进行数值仿真,剩余部分进行物理试验,从而间接增强了既有设备的试验能力。加载系统与试验试件动力特性的耦合是影响子结构系统稳定性的关键问题。现有稳定性分析方法忽略了其耦合效应对稳定性分析精度的影响。该文建立了作动器、振动台与物理试件间的动力耦合模型,建立了可考虑耦合动力特性的稳定性分析方法,通过试验与理论分析验证了该方法的准确性。基于该方法分别讨论了试件-加载系统相互作用对基于作动器和振动台的子结构试验系统稳定性影响。分析结果表明:试件-加载系统相互作用在不同条件对子结构试验系统稳定性会不同程度的降低或提高,需要特别考虑。     

基于振动台的实时动力子结构实验系统稳定性预测研究

基于振动台的实时子结构试验是重要的现代结构试验技术,能很好的对土-结相互作用、减震系统（比如TLD、TMD）等动力特性进行大尺寸试件试验研究。试验系统稳定性是实现子结构试验的关键,但复杂的振动台动力特性使其稳定性预测精度还难以满足试验要求。该文结合振动台系统综合建模和根轨迹技术发展了稳定性预测方法,通过试验验证了该方法的可行性。同时从相位和幅值影响两方面对比讨论了常用分析方法的局限性,并采用该方法就结构特性对稳定性的影响进行了分析。研究结果表明考虑振动台综合模型的方法能很好的预测子结构试验系统稳定性。     

多自由度等效力控制拟动力子结构试验研究

该文以三层框支配筋砌块短肢砌体剪力墙子结构足尺模型为基础,将等效力控制方法应用到试验子结构为多自由度结构模型的拟动力子结构试验中,通过数值模拟和试验结果,表明该方法具有很好的鲁棒性,可以完成试验子结构为多自由度复杂试验模型的拟动力子结构试验。     

Extended homotopy analysis method for multi-degree-of-freedom non-autonomous nonlinear dynamical systems and its application

In normal circumstances, numerous practical engineering problems are multi-degree-of-freedom (MDOF) nonlinear non-autonomous dynamical systems. Generally, exact solutions for MDOF dynamical systems are hardly obtained; thus, the development of analytical approximations becomes a robust and appealing avenue for an analysis of these systems. The homotopy analysis method (HAM) is one of the analytical methods, which can overcome the foregoing barriers of conventional asymptotic techniques. It has been widely used for solving various nonlinear problems in physical science and engineering. In this paper, the extended homotopy analysis method (EHAM) is presented to establish the analytical approximate solutions for MDOF weakly damped non-autonomous dynamical systems. In terms of its flexibility and applicability, the EHAM is also applied to derive the approximate solutions of parametrically and externally excited thin plate systems. Besides, comparisons are performed between the results obtained by the EHAM and the numerical integration (i.e. Runge–Kutta) method. The present findings show that the analytical approximate solutions of the EHAM agree well with the numerical integration solutions.     

多自由度系统中标量传递率的不变性及其应用

标量传递率函数描述了多自由度系统中两个自由度的响应之间的关系,随着应用范围的延伸,近年来标量传递率逐渐受到了重视。本文从串联系统出发,证明了多激励作用下多自由度系统中标量传递率在某些条件下具有不变性,提出了该性质的统一的适用模型,并通过数值方法验证了结论的正确性。在振动台模型实验中的应用表明,该性质可以在实际问题中起到指导作用。     

高精密厂房中高精密平台控制仿真模拟

为进一步提高高精密厂房中平台的隔振效果,在平台控制中考虑超磁致伸缩作动器的非线性特性对多自由度平台混合控制系统产生一定的制约作用,因此将四个超磁致伸缩作动器模型植入混合控制系统进行设计。首先建立一个以空气弹簧和超磁致伸缩作动器为基本元件的多自由度微振动混合控制系统,然后利用Jiles-Atherton模型的概念建立超磁致伸缩作动器的非线性及其逆补偿模型,并将所建立的作动器模型与多自由度微振动控制系统结合。最后对基于作动器模型的混合控制系统与被动控制系统下的高精密平台响应进行对比分析,取得较好的控制效果,为其在实际工程应用中提供可靠的理论依据。     

一种多自由度阻尼体系动力问题的高阶分析方法

传统动力时程直接积分法多采用低阶数值格式,需要选择非常小的时间步距才能获得满足精度要求的动力分析结果.该文将结构动力时程分析的积分求微法推广至多自由度情形,发展了一种具有较高计算效率的多自由度阻尼体系的动力时程高阶分析方法.将相邻的ρ个时步组成一个待求解时段,基于多自由度体系动力响应积分解,以精细积分法结合秦九韶算法计...     

Periodic solutions of multi-degree-of-freedom strongly nonlinear coupled van der Pol oscillators by homotopy analysis method

The mathematical models of multi-degree-of-freedom (MDOF) strongly nonlinear dynamical systems are described by coupled second-order differential equations. In general, the exact solutions of MDOF strongly nonlinear dynamical systems are frequently unavailable. Therefore, efforts have been mainly concentrated on the approximate analytical solutions. The homotopy analysis method (HAM) is a useful analytic tool for solving strongly nonlinear dynamical systems, and it provides a simple way to ensure the convergence of solution series by means of a convergence-control parameter ${\hbar}$ . Unlike the classical perturbation techniques, this method is independent of the presence of small parameters in the governing equations of motion. In this paper, the HAM is applied to formulate the analytical approximate periodic solutions of MDOF strongly nonlinear coupled van der Pol oscillators. Within this research framework, the frequency and the displacements of two-degree-of-freedom (2-DOF) strongly nonlinear systems can be explicitly obtained. For authentication, comparisons are carried out between the results obtained by the homotopy analysis and numerical integration methods. It is shown that the fourth-order or eighth-order solutions of the present method provide excellent accuracy. Illustrative examples of three-degree-of-freedom (3-DOF) strongly nonlinear coupled van der Pol oscillators are also presented and discussed. Finally, the optimal HAM approach is used to accelerate the convergence of the solutions.     

Liapunov stability of continuous elastic systems and its topological foundations

Summary The need for using topological and functional analytical methods when dealing with the stability of continuous elastic systems, e.g. plates, is shown. An outline of a topological interpretation of Liapunov stability for an elastic system of finite dagress of freedom is given. Following up this idea, the topological foundation of continuous systems' stability is developed. A Liapunov-like treatment of plate stability is then added as an illustration of the theoretical considerations.With 6 Figures     

剪切型多自由度结构的层间初始侧移刚度实测方法

用拟动力试验方法研究剪切型多自由度结构的抗震性能,碰到的首要问题是如何测准剪切型多自由度结构的层间初始侧移刚度。该文的研究表明,由于多个作动器之间存在耦合现象,使得采用常规的多作动器测试方法很难测准剪切型多自由度结构的侧移刚度。采用作者改进的单作动器测试方法能够有效地解决多个作动器的耦合问题,准确测出多自由度结构的刚度。通过实例分析表明:采用新方法测试的试验刚度多次测量结果稳定,且与经典的理论分析结果一致,证明了作者推荐的单作动器刚度测试方法的有效性和准确性。