基于近完全时滞补偿的隐式实时混合试验方法

《基于近完全时滞补偿的隐式实时混合试验方法》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、基于近完全时滞补偿的隐式实时混合试验方法*王贞「2,刘进进彳，吴斌「2,许国山1‘2（1结构工程灾变少控制教育部重点实验室（哈尔滨工业大学），黑龙江，哈尔滨，150090;2哈尔滨工业大学土木工程学院，黑龙江，哈尔滨150090;3苏州设计研究院股份有限公司，江苏，苏州215021）摘要：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冇稳定性好的特点，但在实时混合试验屮实施困难。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，捉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

2、，该方法具冇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。关键词：实吋混合试验；隐式逐步积分算法；时滞补偿；迭代中图分类号：TU317；P315.9文献标识码：A文章编号:1004-4523（®:终由编辑部填写）(5)引言传统的抗震试验方法有三类，即拟静力、拟动力和振动台。近些年，抗震试验方法得到了快速发展，出现了子结构化、网络化和实时化的趋势，分别产生了子结构拟动力试验方法、网络分布式拟动力试验和实时混合试验（有时也称实时子结构试验或者动力子结构试验等fl-4，）o实时混合试验方法把原

3、型结构分割为试验子结构和数值子结构，分别通过真实试件和实时计算进行模拟，二者之I'可的相互作用通过液压伺服加载系统的实吋加载保证。试验子结构往往是具有很强非线性或者力学性能时间相关的构件或子结构，数值子结构是原型结构的其余部分。实时混合试验由于实时执行加载和数值仿真，能反应试件的速度/加速度相关力学性能，弥补了传统拟动力试验方法的不足，近些年得到了快速发展。为了保证实时加载比⑹和实时计算⑺，尤英前者，使得实时混合试验具有更大挑战。实时混合试验需要在线实时求解结构的运动方程，对逐步积分算法提出了较高要求。常用的显式算法，如中心差分法，由于其条件

4、稳定性而可能在保证计算实时性时无法满足对积分步长的限制。目前已经提出的基于隐式的实时混合试验方法，主要有两种，即吴斌等人提出的等效力控制方法I㈣和Shing等人提出的实时迭代混合试验方法W此两种方法取得了一定的成功，但也存在一定的局限性。本文在分析它们局限性的基础上，结合作者提出的时滞补偿方法n，J21，提出了一种新的隐式实时混合试验方法，研究表明该方法对于多自由度结构实时混合试验具有较明显的优势。1现有隐式实时混合试验方法实时混合试验离散运动方程和基于常加速度假定的位移、速度表达式为：Mg+i+G叫+1+Rn（"i+1）+^E（ai+1，叫

5、+1‘％+1）=耳+1（1）%+i=%+^tvi+~~~S,+陽+i）Ar叫+i=匕+三~a+其中，角标N表示数值子结构，角标E表示试验子结构；M为结构质量矩阵；C为结构阻尼矩阵；R为子结构恢复力向量：F为外部荷载向量；Q分别为结构位移、速度、加速度向量；&为逐步积分时间间隔。对式⑵和式⑶进行整理，用di+l和上一步结构响应來表示匕+1、©+「并代入结构的运动方程（1）,可得：ElG+I）+鸣詞+1+%（©+]，片+1，%+]）—^EQ,/+1⑷其中_4M2久Feqj+1=Q+I+MNat+（4；n+CN）V-4-+书W⑹式（4）是一个关于的

6、非线性方程，在采用牛顿迭代法求解时，有:jk+l_jkf（"i+1）—傀QJ+1冲_/+，/'（O=Rn（血）+Kpd殆+堆（臨，，血）⑻式中，迭代系数广（必J为/（＜!）关于〃的导数；鸟为一个积分步长内的迭代步数；为第，+1积分步第《迭代子步的位移向量。牛顿迭代法几何意义明确，收敛速度快，但将其直接应用于实时混合试验存在如下问题：（1）迭代收敛速度的波动导致作动器运动不平稳，容易对作动器造成损伤且得不到试件的真实力反应；（2）不易在线获得结构刚度，矩阵求逆耗时较大。针对隐式实时混合试验存在的问题，Shing等人a】提出了以实时迭代、插值发送

7、命令等为特征的方法，如图1所示。主要内容包括：（1）对每次迭代求出的4笃1进行内插发送给作动器，解决作动器加载速度失真的问题。（2）采用固定迭代次数的简化牛顿迭代法，避免更新试件刚度和矩阵取逆。每次迭代以实际实现的位移昭丫）及对应的状态.f（d誉）为出发点，即盘=d誉_皿常）-亦（9）K&/（3）考虑到固定迭代次数及作动器时滞等因素带来的误差，在每积分步最后一个迭代步进行修正。取积分步末点处的位移为（10）试验子结构的恢复力修正为尙=穆1+氐［邮1-昭严］（ID式中，秽f为命令位移经过作动器加载后的试验子结构实测反力。Shing方法取得了一定

8、的成功，但仍然存在如卜问题：（1）通过对迭代位移进行插值发送命令，虽然解决了作动器加载速度突变的问题，但改变了下一次迭代计算的起点，不仅使得迭代过程变得复杂，收敛速