实时混合试验的自适应时滞补偿方法EI北大核心CSCD

实时混合试验是由拟动力试验发展而来,时滞问题是实时混合试验的核心问题。传统时滞补偿方法往往假定试验中时滞不变,然而加载系统的非线性以及试件性能的变化可能导致系统时滞变化,使得此类方法性能不够理想。该文针对变时滞实时混合试验提出了基于模型参数识别的自适应时滞补偿方法。该方法将伺服系统简化为离散模型,通过在线参数估计确定系统状态,从而对伺服系统进行在线时滞补偿。该文首先阐述了该方法的原理,再通过数值模拟验证了方法的可行性与精度,并分析了不同模型对补偿的影响。     

实时混合试验的自适应时滞补偿方法

实时混合试验是由拟动力试验发展而来,时滞问题是实时混合试验的核心问题。传统时滞补偿方法往往假定试验中时滞不变,然而加载系统的非线性以及试件性能的变化可能导致系统时滞变化,使得此类方法性能不够理想。该文针对变时滞实时混合试验提出了基于模型参数识别的自适应时滞补偿方法。该方法将伺服系统简化为离散模型,通过在线参数估计确定系统状态,从而对伺服系统进行在线时滞补偿。该文首先阐述了该方法的原理,再通过数值模拟验证了方法的可行性与精度,并分析了不同模型对补偿的影响。     

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。     

考虑物理加载时滞的力修正迭代混合试验方法EI北大核心CSCD

为了提高传统迭代混合试验的收敛效率,提出考虑物理加载时滞的力修正迭代混合试验方法。该方法将数值子结构与试验子结构两部分进行全时程数据交互,其中包括时程内计算与加载的内环控制和时程间外环的迭代收敛控制。在时程内环通过力修正策略对运动方程数值积分中的试验子结构反力进行修正,同时结合三阶多项式外插方法对物理加载位移命令进行时滞补偿。在时程外环结合不动点迭代算法,建立外环迭代收敛控制器,以减小相邻两轮次之间的位移响应误差。以三层框架黏滞阻尼器减震结构为例,通过数值模拟对力修正策略进行了验证,进一步分析了加载时滞大小对迭代收敛性的影响。结果表明:力修正策略能有效提高迭代收敛效率,同时试验子结构反力修正精度越高收敛效率越高;物理加载时滞对迭代收敛性影响显著,时滞补偿能有效提高迭代收敛性。     

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.     

高速列车抗蛇行减振器实时混合试验方法研究EI北大核心CSCD

为对高速列车减振器开展低沉本、高精度的试验研究,开展了高速列车抗蛇行减振器实时混合试验方法研究。取抗蛇行减振器为试件并物理加载,取车辆动力学系统其余部分来数值模拟,通过实时计算、实时加载来共同完成动力试验。研究了加载系统时滞对试验结果的影响,比较了常速度时滞补偿方法和自适应时滞补偿方法的补偿效果。结果表明,对该方法而言,时滞补偿很有必要;相较于常速度的时滞补偿方法,自适应时滞补偿方法具有更好的补偿效果。该研究可为高速列车减振器动态性能分析以及列车抗蛇行性能评估提供试验方法支撑。     

实时混合模拟逆补偿参数α的研究

时滞补偿是保证实时混合模拟试验效果的重要环节之一,其中逆补偿方法尽管简单易行,但往往存在补偿不足的问题。该文从频域角度对逆补偿的离散传递函数进行分析,证明逆补偿方法所能补偿的时滞与预测时滞和信号的频率有关,信号频率越小,补偿的结果越接近预测时滞。基于频域评价指标,对位移追踪试验进行了数值模拟和实验室测试,进一步证明逆补偿参数α与补偿的时滞存在10%左右的误差。最后,基于已有的实时混合模拟试验数据,建议当作动器时滞在10 ms~30 ms、结构频率在0.5 Hz~3 Hz时逆补偿参数α取1.1倍预测时滞;对于其他情况,应根据离散函数确定参数α的取值。     

反力梁变形对抗震试验的影响及补偿方法

反力梁是土木工程试验中的主要反力装置。当反力梁与试件的刚度比较小时,反力梁产生的变形与试件相比不可忽略。这种情况下,会对试验结果产生较大影响,特别是对拟动力和混合试验需要位移在线更新的试验影响更大。然而,关于反力梁变形的影响和补偿方法鲜有详细报道。为此,该文通过理论分析讨论了反力梁变形对抗震试验各参数的影响规律,建立了加载过程中对反力梁变形的在线补偿方法,并通过试验进行了验证。     

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。     

磁流变阻尼器的自适应时滞补偿实时混合试验

时滞及补偿问题是实时混合试验的核心问题。在磁流变阻尼器的实时混合试验系统中,磁流变阻尼器的强非线性导致加载系统时滞波动,适用于定时滞系统的常规时滞补偿方法的补偿效果不够理想。针对此类问题,采用基于模型参数识别的自适应时滞补偿方法开展实时混合试验。阐述了该方法的原理,并通过磁流变阻尼器实时混合试验的数值模拟及真实试验验证了方法的有效性。     

基于应变模态的连续梁动挠度识别

为了实现基于应变测量的连续梁动挠度识别,提出了一种基于应变模态的梁结构动挠度监测方法。利用应变传感器进行应变测试获得梁的动应变数据,由动应变数据的互相关函数求出应变模态振型,利用应变-位移转换关系求出位移模态振型,再由动应变数据和应变模态振型计算出位移模态坐标,最后根据计算出的位移模态坐标叠加位移模态振型得到梁结构的实时挠曲线,从而实现对动挠度的监测。为了验证方法的有效性,对连续梁在脉冲激励及地震作用下的动挠度进行了数值模拟,并进行了简支梁力锤锤击实验。数值模拟及实验的结果表明,基于应变模态监测梁结构动挠度是可行的,且具有较高的精度。     

子结构混合试验方法研究与应用

子结构混合试验是再现大型结构复杂地震响应的最有效方法之一。该文总结了子结构混合试验在过去30年发展过程中所面临的主要问题。子结构混合试验需要一个稳定而精确的时间积分算法用于求解结构的动力方程,而这些时间积分方法需要对试验子结构提供显式的位移加载命令,并且最好具有抑制试验引入误差的能力。第二个挑战是隐式数值域和显式物理域的高效协同,主要采用了刚度预测方法和预测修正技术。最后,子结构的边界条件需要精确的施加到相应的边界上。这对于试验子结构是主要难点,因为现有加载仪器精度和数量的不足。为此发展了基于重叠领域的柔性加载制度和力-位移混合控制方法。为了使子结构混合试验的能力和精度最大化,近年来采用互联网技术将多个试验室资源连接起来,并引入大型商业有限元软件进行精细化模拟,这促成了三代可扩展的子结构混合试验平台。这些平台的柔性、可扩展性和精确性均通过一系列试验得到了验证。     

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。     

An Experimental/Analytical Compression of Three-Dimentional Deformations at the Tip of a Crack in a Plastically deforming Plate III: Material Characterization and finite element analysis

A comparison between the three-dimensional experimental and numerical displacement fields surrounding a notch/crack in a ductile 4340 steel tested in three-point bending is presented. Excellent agreement between computed and measured deformations exists at load levels below 50 to 75 percent of ultimate loads. Experimentally determined crack tunnel profiles are included in the finite element model through nodal release; the evidence of the crack tunnel appears in the displacements at the surface. It is shown that surface measurements of unloading reveal specimen-internal failure initiation in the form of tunneling. Out-of-plane deformations deviate from analytical values earlier than in-plane values; this observation compromises the accuracy with which predictions of in-plane crack tip variables can be made when they are based on measured out-of-plane deformations (caustics, gradient sensing) once significant plasticity arises. Comparison is made between J-integral values calculated from the external boundary conditions and from a domain integral. The tunneling tests provide a method of estimating a critical value of J. The stress intensity factor governs the deformation in the elastic regime, but, because of the finite notch- tip radius underlying the experimental configuration, the HRR field does not describe the deformation well under plastic conditions. Comparison of numerical simulations with and without tunneling provide insight into criteria that could be used to implement an implicit crack propagation scheme into the numerical model.     

Correlation of tensile test properties with those predicted by the shear punch test

In the development of experimental alloys having sufficient material to do a standard tensile test procedure is not always possible. Thus in this work, we have evaluated the ability of the shear punch test to predict the strength and ductility of materials in place of the tensile test.This correlation study was carried out experimentally using six different alloys, and validated using finite element modelling. Both the experimental and modelling data confirmed that the yield point and ultimate tensile stress can be accurately elucidated from the shear punch data.However, the punch displacement at failure was found to be a function of both the ductility of the material and its work hardening rate. Although corrections were developed using the FE simulations which satisfactorily predicted tensile ductility from to the simulated shear punch displacement, back extrapolation of the tensile ductility from experimentally measured shear punch tests were not possible.It was concluded that the shear punch test suitable for determining the strength of a material, but not able to be used to infer the equivalent tensile ductility due to both experimental error in determining the point of failure as well as the interdependence of the punch displacement on multiple material properties.     

描述混凝土块体间碰撞性能的冲量模型

采用单摆和垂直轨道装置进行了混凝土块体对心碰撞试验。研究参数包括质量比、初始相对碰撞速度、绝对质量和相对加速度。利用LS-DYNA有限元程序数值再现试验过程。在此基础上选取初始碰撞夹角、有效碰撞面积和混凝土抗压强度为研究参数,进行了补充数值试验。基于试验和补充数值试验结果,经回归分析得到了混凝土块体对心碰撞力学模型。此外,考虑到试验中参数的变化,对试验进行了扩展数值模拟。采用模型得到的结果与扩展数值模拟结果吻合良好。     

Material characterization and constitutive modelling of ductile high strength steel for a wide range of strain rates

This paper presents results of a research program in progress to describe the behaviour of 35NiCrMoV109 high strength steel over a wide range of strain rates for numerical simulations of dynamic events. In the low strain rate regime tensile tests in combination with a numerical stress state correction in terms of necking have been carried out. In comparison to the common Bridgeman-analysis this procedure allows to determine reliable necking-corrected stress–strain curves in a shorter time with a high accuracy as well. These data have been linked to high strain rate data from a novel modified Taylor-impact test using VISAR technique and data from planar-plate-impact-tests. The yield-stress strain-rate dependency covering a strain rate range of 11 orders of magnitude (5×10⁻⁵–1.78×10⁶ s⁻¹) have been measured. A bcc→hcp phase transition could be observed at pressures exceeding 13 GPa. A phenomenological material model including a strength model and an equation of state has been developed. The validation of the material model has been performed by numerical simulations of the modified Taylor-impact tests and the planar-impact-tests. In addition to common analysis by comparison of sample deformation, an enhanced model validation has been made by comparing the measured and calculated VISAR-signals while this technique is normally used for plate impact-test only. Agreement between the numerical simulations and the experimental results is found for the comparison of the deformation and the characteristic profile of the VISAR-curves.     

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。     

机翼跨音速风洞颤振试验模型的计算分析

以某民机机翼跨音速颤振模型为研究对象,采用N-S方程求解固定边界流场的气动力,简化的跨音速小扰动方程求解运动边界流场的气动力,结合结构动力学的模态分析结果进行颤振特性分析。模型风洞试验前完成所有计算工作,试验后通过比较表明,计算结果与试验结果吻合:(1)颤振频率一致;(2)颤振速度随马赫数的变化趋势一致;(3)跨音速凹坑的底部位置一致;(4)颤振速度的偏差最大不超过10%,且在马赫数0.60和0.70处,偏差1%。由此可见该计算方法的计算精度高,可用于风洞试验结果的预判,提升风洞试验结果的可信度和风洞试验的效率,也可作为民机适航符合性验证的一种手段。     

Determination of cohesive laws of composite bonded joints under mode II loading

In this work, mode II cohesive laws of carbon–epoxy composite bonded joints were obtained using the direct method applied to the end notched flexure (ENF) test. The direct method is based on the differentiation of the relation between the evolution of the fracture energy (J_II) and the crack tip opening displacement in mode II (CTOD_II) during the test. A data reduction scheme based on equivalent crack length concept was used to obtain the evolution of the fracture energy during the test. The method allows overcoming problems related to identification of crack tip in mode II tests and the presence of a non-negligible fracture process zone (FPZ), which both difficult the right estimate of J_II. The digital image correlation technique (DIC) was used to monitor the CTOD_II, which was synchronized with the load–displacement data. A trapezoidal cohesive law was fitted to the experimental one in order to perform numerical simulations using finite element analysis. The main goal was to validate all the procedure used to get the cohesive laws. The good agreement obtained between the numerical and experimental load-CTOD_II curves and between the cohesive laws demonstrates the adequacy of the proposed procedure concerning the evaluation of the composite bonded joints cohesive laws under mode II loading.