[發明專利]一種懸浮隧道管道性能混合模擬測試方法與裝置

有效

• 申請號: 201910293820.7
• 申請日: 2019-04-12
• 公開（公告）號: CN110263359B
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發明（設計）人: 段元鋒;方怡;章紅梅
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F111/10
• 代理公司: 浙江杭州金通專利事務所有限公司 33100
• 代理人: 劉曉春

本發明公開了一種懸浮隧道管道性能混合模擬測試方法與裝置。本方法用于分析研究懸浮隧道管體在車輛?流體作用下的動力特性。具體的步驟包括：將整體結構劃分成物理子結構和數值子結構；基于有限元算法或相關軟件，對數值子結構建立數值仿真模型；將物理子結構按照足尺模型或縮尺模型進行預制加工及安裝；通過控制系統、數據交互系統和數據采集系統，完成由數值子結構的計算信息對物理子結構的加載控制，及由物理子結構的測量信息對數值子結構的模型更新；最終通過可視化界面監控、提取所需信息。本發明解決了純數值算法難以模擬懸浮隧道在復雜荷載作用下的動力特性問題，也降低了試驗技術的成本和場地設備等要求。

技術領域

本發明涉及土木工程結構仿真與試驗技術領域，具體涉及一種懸浮隧道管道性能混合模擬測試方法與裝置。

背景技術

懸浮隧道作為近年以及未來交通工程的研究重點，隨著研究的不斷深入，越來越多的因素考慮到結構的響應分析中。隧道管體作為懸浮隧道系統的重要組成部分，在運營狀態下不僅長期受到流體作用，管體還受到車輛荷載的影響，而管體振動會激發錨索的參數振動。因此，考慮流體和車輛作用下的管體系統性能研究是十分必要的。

由于純數值算法難以模擬復雜的懸浮隧道結構問題，傳統試驗技術因場地限制、維護費用高昂等因素難以開展，因此，所提出的基于子結構技術的混合模擬試驗技術，能夠有效避免上述問題，捕捉結構動態性能。

發明內容

本發明的主要目的在于，克服現有技術的不足之處，提供一種懸浮隧道管道性能混合模擬測試方法與裝置，解決了純數值算法難以模擬懸浮隧道在復雜荷載作用下的動力特性問題，也降低了試驗的成本和場地設備等要求。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：一種懸浮隧道管道性能混合模擬測試方法與裝置，用于分析研究懸浮隧道管體在車輛-流體作用下的動力特性。其特征在于該方法的具體步驟是：

(a)將整體結構劃分成物理子結構和數值子結構；

(b)基于有限元算法或相關軟件，對數值子結構建立數值仿真模型；

(c)將物理子結構進行預制加工和安裝；

(d)通過控制系統、數據交互系統和數據采集系統，完成由數值子結構的計算信息對物理子結構的加載控制，及由物理子結構的測量信息對數值子結構的模型更新；

(e)通過可視化界面監控、提取所需信息。

如上所述的一種懸浮隧道管道性能混合模擬測試方法與裝置，其中，將懸浮隧道管體及錨索作為物理子結構，將車輛及流體環境作為數值子結構進行仿真模擬。

如上所述的一種懸浮隧道管道性能混合模擬測試方法與裝置，其中，建立數值子結構模型的具體方法如下：

(i)根據結構的基本信息，建立基于各類有限元理論或有限元軟件的數值子結構模型；

(ii)選取積分方法和積分步長，求解結構的運動方程。

如上所述的懸浮隧道管道性能混合模擬測試方法與裝置，其中，加工物理子結構的具體方法如下：

根據物理子結構模型規模和復雜程度，將物理子結構以足尺模型或者縮尺模型進行工廠預制加工及安裝。

如上所述的一種懸浮隧道管道性能混合模擬測試方法與裝置，其中，控制對物理子結構加載的具體方法如下：

(i)在控制系統內完成對數值子結構模型在每一個數值積分步長內的位移預測、速度預測、加速度預測及內力求解，并采用控制算法進行修正；

(ii)由數據交互系統和控制系統，讀取數值子結構與物理子結構連接處的修正后計算位移或計算力值并將其作為目標位移或目標力，通過加載系統和裝置加載到物理子結構對應的自由度上。