基于全局敏感性的模型更新混合模拟方法

针对混合模拟中数值结构本构参数不确定性,提出了基于Sobol全局敏感性分析的模型更新混合模拟方法,以试验子结构作为参数更新的对比目标.建立常见的钢框架与钢筋混凝土框架模型,推导出其独立本构参数作为更新对象,获得各个参数在地震作用全过程中全局灵敏度系数变化关系,据此进行了参数筛选,制定了核心参数更新与全参数更新两种更新策...     

在线数值模拟方法在防屈曲支撑-钢筋混凝土框架结构中的应用

在线数值模拟方法是一种基于模型更新的混合试验方法。在该方法中，建立整体结构数值模型和物理子结构的数值模型，分别用于结构整体分析和本构模型参数估计，且两套模型具有相同的本构关系。在线数值模拟方法中,结构响应由结构整体分析得到，边界条件自然得到满足；数值模型的本构参数不断根据试验数据在线修正，建模可靠性得到了改善。为验证在线数值模拟方法在复杂建筑结构中应用的可行性，以隐性卡尔曼滤波器(UKF)为参数估计方法，以钢材和混凝土本构模型参数为待估计量，完成了具有不完整边界条件的防屈曲支撑-钢筋混凝土框架结构的虚拟混合试验。结果表明，在线数值模拟方法削弱了边界条件的影响，提高了混合试验的模拟精度；UKF方法在多构件多本构模型参数同时估计时具有较高的精度和计算效率；在每一积分步内，在线数值模拟方法平均计算耗时0.67s，远小于加载耗时，验证了在线数值模拟方法在复杂结构试验中的适用性。     

基于最小二乘法的自适应拟动力子结构试验

传统拟动力子结构试验中,数值子结构采用事先假定的恢复力模型.为减弱由于数值子结构模型不准确对试验结果所带来的不利影响,本文提出了自适应拟动力子结构试验方法.在子结构试验过程中,利用观测数据在线识别试验子结构恢复力模型,同时更新与试验子结构具有相同恢复力特性的数值予结构恢复力模型参数.针对双折线恢复力滞回模型,推导出了最...     

缩尺模型混合模拟试验测量误差分析及试验验证

基于缩尺模型子结构混合模拟试验方法,将正态分布随机数引入测量误差,利用MATLAB和OpenSEES混合编程技术,分别对剪切型模型、弯剪型模型进行了考虑测量误差的子结构混合模拟数值模拟分析。数值模拟结果表明：在满足JGJ/T 101-2015《建筑抗震试验方法规程》的误差范围内,缩尺比为1/2、1/4缩尺模型的测量误差与足尺模型相应测量误差基本相当。在缩尺比例不小于1/4情况下,随着地震峰值加速度增大,总的累积相对差值呈增加趋势;在相同地震峰值加速度作用下,总的累积相对差值随梁柱线刚度比增加呈减少趋势。通过1/2钢框架子结构混合模拟试验,验证了所提出的缩尺模型子结构混合模拟试验方法的精准性和可行性。     

考虑倾覆力矩的子结构混合模拟试验方法

采用力-位移混合控制方法,提出了考虑倾覆力矩的子结构混合模拟试验方法。采用ANSYS有限元软件,进行了不同的加载分布方式、试验子结构刚度发生变化、不同梁柱线刚度比以及不同结构层数等情况下的数值模拟,初步验证所提方法的可行性。以6层钢框架模型为例,实现了考虑倾覆力矩情况下的子结构混合模拟试验。试验结果表明：不考虑界面倾覆力矩,将改变结构在地震作用下的内力分布和破坏模式,不能真实地反映结构在地震作用下的力学性能。     

钢框架等效单自由度子结构伪动力试验

本文主要介绍在我院力学－结构试验中心首次进行的钢框架子结构伪动力试验，试验中采用等效单自由度方法对试验部分与计算部分界面处整体倾覆弯矩进行了模拟，通过与相应的振动台试验和电算分析进行比较，说明本次伪动力试验是成功的，等效单自由度方法能较准确地模拟子结构伪动力试验的界面整体倾覆弯矩。     

拱坝-地基动力相互作用的时域模型

本文采用频域边界元模拟拱坝地基,通过数值拟合,将地基频域动力刚度转换为等效时域参数,与时域有限元模拟的坝体子结构耦合,建立一个在时域内直接求解、计算效率较高的拱坝-地基动力相互作用分析模型.该模型采用自由场方式输入地震.在拱坝坝体子结构分析中,采用固定界面法求解坝体的模态坐标,并将其与地基子结构耦合,提高了模型的计算效率.为了验证模型的精度和效率,利用加速度脉冲作为自由场输入,求得拱坝的频率响应函数.与频域方法的结果进行对比,证明本文的时域模型具有良好的精度,能节省大量计算时间.此外,时域模型能应用于非线性结构-地基相互作用分析中,是频域方法难以比拟的.     

基于有限元软件OpenSees和OpenFresco的混合试验

为提高混合试验中数值子结构的计算精度,可以采用有限元软件进行模拟。本文将有限元软件OpenSees引入混合试验中以提高数值子结构的模拟精度。项目主要研究基于有限元软件OpenSees和接口软件OpenFresco、试验控制LabVIEW/dSPACE建立的两套混合试验系统,并通过混合试验验证所建立混合试验系统的有效性和精度。研究结果表明:数值子结构计算内核OpenSees、接口程序OpenFresco以及试验控制LabVIEW/dSPACE之间具有良好的通讯性能,能够满足混合试验的要求;两套混合试验系统具有较好的稳定性和精度。     

联肢剪力墙连梁阻尼器地震模拟试验研究

采用拟动力试验方法,对连梁阻尼器进行地震模拟试验研究,模拟结构的真实地震响应。首先,选取简单的单片双肢剪力墙结构模型,每层附加一个连梁阻尼器,选取El Centro和Taft两条地震波,分别进行35gal、140gal、220gal和620gal拟动力试验,构成8种试验工况;随后将其等效成单质点附加阻尼器体系,单质点系作为数值子结构,附加的阻尼器作为试验子结构,进行拟动力子结构试验,同时进行数值仿真验证。对比数值模拟与试验结果得出：拟动力子结构试验可以真实模拟结构地震响应;地震波输入过程中,连梁阻尼器性能稳定,无局部屈曲,对结构的减震效果良好,地震动能量输入越大,阻尼器发挥的作用越大。图10表4参7     

建筑结构混合试验平台HyTest开发研究

拟动力试验是一种重要的结构抗震联机试验方法,近年来出现了网络化、有限元化和实时化的趋势,形成了混合试验方法。鉴于混合试验分支多样,涉及数值分析、加载设备与控制等多个学科,为了方便试验的实施与技术的发展,迫切需要使用混合试验平台。为此开发了建筑结构混合试验平台HyTest,能够实现全结构拟动力试验、传统子结构拟动力试验、本地及分布式的基于静力子结构的混合试验和基于动力子结构的P2P混合试验。试验平台采用MTS二次开发编程库VB-COM连接试验控制系统,还可以调用有限元软件OpenSEES和ABAQUS进行数值子结构的分析。为了开展分布式的混合试验,该平台采用Socket通讯机制实现子结构间的数据传输,并采用带中转服务器的通讯模式,解决不同局域网之间的数据传输问题。利用该平台完成了6自由度单层单跨钢框架混合试验,验证了该试验平台的有效性。     

A real-time hybrid simulation method based on multitasking loading

Due to the real-time loading property and the limitation of available loading facilities, both of the refined numerical substructure simulations and multiple experimental substructure tests are impossible for traditional real-time hybrid simulation method (RHSM). For improving the experimental accuracy under limited loading facilities, a RHSM based on multitasking loading (RHSM-ML) is proposed in this paper. In the proposed method, an inner-loop multitasking loading strategy is adopted for accurately reproducing the performance of multiple experimental substructures with limited available loading facilities, and an outer-loop force correction-based iteration strategy is adopted for further improving the experimental accuracy by allowing refined simulation of the numerical substructures while remaining real-time loading on the experimental substructures. Firstly, the methodology of the proposed RHSM-ML is presented. Furthermore, the numerical simulations were conducted for validating the effectiveness and accuracy of the proposed method. Finally, the influence of the structural model on the iterative convergence is analyzed. It is shown that the multitasking loading and the force correction-based iteration strategy are feasible for RHSM. It is shown from numerical simulations that with the contribution of the multitasking loading strategy, the correlation coefficients under different simulation conditions can up to 0.9999 within five round iterations by the RHSM-ML and the force correction-based iteration strategy of the RHSM-ML can significantly improve the iterative convergence accuracy. It is shown from iterative convergence analysis that under different structural models, the convergence of the RHSM-ML can be achieved within five round iterations.     

Dynamic response analysis of an offshore platform due to seismic motions

A three-dimensional (3D) numerical model for dynamic response analysis of seismic-induced motions is developed using the modal analysis and substructure methods. The developed model and an impedance function method are applied to an offshore platform with a pile-soil foundation system. The Newmark β method is used as a time integration scheme. The displacement and bending stresses at selective nodal points on the structure are computed for various maximum seismic accelerations and the shear-wave velocities of soil. Using a reliability index obtained by the Monte Carlo Simulation method, we successfully performed a reliability evaluation at the critical points of the structure for various seismic motions and soil conditions.     

屈曲约束钢板剪力墙-钢框架的宏观单元模型

为简化屈曲约束钢板剪力墙 钢框架的设计过程,提出了两元件宏观单元模型,对屈曲约束钢板剪力墙-钢框架的力学性能进行模拟。基于理论分析与试验数据,得到了宏观单元模型中剪切弹簧的骨架曲线、滞回规则和弯曲弹簧骨架曲线,并将上述各项参数值与试验值进行了对比,同时还将采用宏观单元方法建模的数值模型结果与采用精细有限元方法建模的模型结果进行了对比。结果表明:理论推导得到的各项参数值与试验值吻合良好;采用2种不同方法建模的数值模型结果基本一致;该宏观单元模型的各项参数取值准确,并且能够精确反映该类结构的真实力学性能。     

铁路简支梁桥下部结构健康状态动力评估方法研究

提出一种以实测横桥向整体振动、横桥向局部振动和顺桥向局部振动模态的不同组合为输入,采用模型修正技术和优化算法识别铁路简支梁桥下部结构的物理参数,从而实现对墩身、基础和支座病害进行定位和定量分析的动力学方法。进一步,建立了针对下部结构系统中各构件的评估准则和评估流程。对两座铁路桥梁进行现场试验,并依据所提评估方法和评估准则对其健康状态进行评估,理论分析结果现场评估结果一致,从而证明所提方法的准确性和有效性。     

基于DSCM-FEMU的岩石力学参数反演研究

将数字散斑相关方法(DSCM)与有限元模型修正方法(FEMU)相结合,建立了岩石力学参数反演流程。首先,通过数字散斑相关方法,获取实验中岩石试件受载条件下的应变场;其次,利用有限元模拟方法,获取数值模型中的应力场;最后,构建最小二乘目标函数,并且通过不断更新有限元模型中给定的力学参数进行优化计算。当目标函数收敛时,得到与实验结果最匹配的力学参数。研究结果表明:(1)数字散斑相关方法与有限元模型修正法相结合,可以实现材料的力学参数反演;(2)得到以实验应变场、有限元应力场、材料弹性模量和泊松比组成的参数优化目标函数;(3)以三点弯曲实验为例,反演得到花岗岩的弹性模量和泊松比。     

基于时-频域信息的结构系统识别方法研究

结构响应的时域、频域信息均可用来对结构模型进行修正。该文提出频域信息与时域信息相结合的方法,对结构参数以及荷载进行评估。首先,从结构测量加速度信息中提取结构的频域特性,对结构模型进行较为粗略的修正,优化结构模型的振型、频率,使其与测量信息一致。其次,利用时域信息,在状态空间对结构运动微分方程进行零阶离散化,采用正则化方法对模型进行荷载识别,同时基于约束优化方法对结构模型参数进行进一步修正。应用模型缩聚方法,保证计算精度的情况下减少结构模型参数修正和荷载识别的计算量。在数值仿真计算中,基于框架结构的不完备地震时程响应记录,对结构损伤状况进行评估。结果证明,即使在有噪声的情况下,该文提出的结构状态方法依然能够很好地识别结构损伤程度、位置。最后,通过14层加层隔震剪力墙结构的振动台试验进一步验证该文提出的结构参数与荷载识别方法。     

结构多尺度有限元模型修正试验研究

本文以实验室的大跨桥梁结构钢箱梁纵向加劲桁架缩尺试样为研究平台,具体讨论了多尺度模型修正和验证的实施过程。首先分析了影响此结构多尺度模型精度的一些因素,然后采用基于灵敏度的方法对多尺度模型进行修正,并通过实测数据从动力特性和静力响应等多方面对所建的结构多尺度有限元模型进行了验证。结果表明:基于子结构方法建立的结构多尺度模型是有效的。