[發明專利]基于離散切線剛度估計的實時混合模擬試驗反饋力修正方法

有效

• 申請號: 201710472279.7
• 申請日: 2017-06-20
• 公開（公告）號: CN107356523B
• 公開（公告）日: 2019-08-20
• 發明（設計）人: 郭彤;黃亮;陳夢暉
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01N19/00
• 分類號: G01N19/00;G01M13/00;G01N3/08
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 李曉

本發明提供一種實時混合模擬反饋力修正方法，首先通過對試驗子結構的正弦波位移追蹤試驗，確定其初始剛度，測量位移噪聲和測量反饋力噪聲分布；次之確定離散剛度估計算法參數:包括修正參數，歷史數據存儲容量，瞬時剛度更新頻率，瞬時剛度估計閥值。然后，在實時混合模擬試驗中插入瞬時剛度估計模塊，并向其同步輸入測量位移與測量反力。其中，瞬時剛度估計模塊采用離散切線估計算法同步計算試驗子結構的瞬時剛度。最后，利用每一步所估計的試驗子結構瞬時剛度，修正測量反饋力。本發明可以極大提高試驗子結構瞬時剛度估計的準確性，并能進一步準確的修正測量反饋力。

技術領域

本發明為一種基于離散切線剛度估計的實時混合模擬試驗反饋力修正方法，利用離散切線估計算法同步計算試驗子結構的瞬時剛度，并用于修正其測量反饋力。

背景技術

傳統的土木工程結構試驗方法包括擬靜力試驗、擬動力試驗及地震模擬振動臺試驗等。擬靜力試驗是按照一定的荷載或變形控制方式，對試件進行低周反復加載，使試件逐漸從彈性階段過渡至塑形階段，直至試件破壞。該方法的優點是經濟實用，但無法真實反映結構的動力特性。擬動力試驗是在低速條件下，將計算機分析與結構試驗相結合的試驗方法，在擬動力試驗中可通過子結構技術節約試驗成本。由于擬動力試驗速度極低，即在較大的時間尺度內進行試驗，故該試驗方法無法反映加載速度對試驗子結構的影響，同時還會產生應變速率效應。地震模擬振動臺試驗是目前最準確的結構抗震性能試驗方法，但由于振動臺的高昂造價和承載能力的限制，在進行大型結構試驗時需要對模型進行縮尺，尺寸效應會對試驗結果造成不同程度的影響，同時振動臺只能處理地面振動對結構的作用，而無法反映其他類型，如風荷載，潮汐荷載等的影響。

實時混合模擬是從低速擬動力試驗的基礎上發展起來的，該方法采用高速加載作動器替換擬動力試驗中的低速加載作動器，可進行實時同步加載，極大的提高了試驗子結構的加載速率，從而可真實反應加載速率對結構的影響。積分算法和時滯補償是實時混合模擬試驗的重要環節，積分算法要求能進行高效準確的求解微分方程，多采用顯示積分算法；而時滯補償要求能快速精準的補償時滯誤差，可分為位移補償和反饋力修正兩種方法。在實時混合模擬過程中，由于作動器機械傳動延遲，作動器無法實時準確地達到預定的位移，而是存在響應滯后現象，稱為時滯。在系統中，時滯相當于對結構增加了負阻尼，如果不能進行合理補償，會影響試驗結果的準確性，嚴重時會破壞試驗系統的穩定性。位移補償方法主要通過對計算位移進行外推來抵消時滯影響，反饋力修正方法主要通過修正試驗子結構反饋力來消除時滯影響。

目前對實時混合模擬補償方法多集中于位移補償，僅采用位移補償方法無法完全消除時滯，故需要進一步修正試驗子結構反饋力。反饋力修正方法中，最為關鍵的步驟是快速而準確的估計試驗子結構瞬時剛度，目前的反饋力修正方法對其研究仍然不足，本發明即針對上述問題展開。

發明內容

發明目的：為了克服傳統的反饋力修正方法對試驗子結構瞬時剛度估計不準確的問題，本發明基于離散曲線參數識別理論，提供了一種在線離散切線剛度估計算法，并進一步將其應用于試驗子結構的反饋力修正。

技術方案：為解決上述技術問題，本發明提供的基于離散切線剛度估計的實時混合模擬試驗反饋力修正方法，包括以下步驟：

第一步，對試驗子結構進行正弦波位移追蹤試驗，確定其初始剛度，測量位移噪聲和測量反饋力噪聲分布；

第二步，確定離散剛度估計算法參數；包括修正參數；歷史數據存儲容量；瞬時剛度更新頻率；瞬時剛度估計閥值；

第三步，在實時混合模擬試驗中插入瞬時剛度估計模塊，并向其同步輸入測量位移與測量反饋力；其中，瞬時剛度估計模塊采用離散切線估計算法同步計算試驗子結構的瞬時剛度；

第四步，根據每一步所估計的試驗子結構瞬時剛度，修正測量反饋力。