基于OpenFresco软件的混合试验方法

论文摘要

混合试验方法能够使用较小的成本更加真实模拟大型复杂结构的抗震性能,因此在结构抗震试验研究中扮演着越来越重要的角色。通常情况下会选择简单的线性模型对数值子结构进行模拟,当结构在强震下出现非线性时,这种方法显然难以保证精度的要求。一种有效的方法是在混合试验中引入专业有限元分析软件以提高数值子结构的计算精度,进而提高混合实验的精度。因此,本文主要研究基于有限元软件OpenSees和接口软件OpenFresco的混合试验方法,并通过混合模拟和混合实验验证所建立混合试验系统的有效性和精度。主要研究内容如下:1.建立基于OpenFresco的OpenSees-dSpace混合试验系统和OpenSees-Labview-dSpace混合试验系统,并介绍试验系统的应用方法。研究结果表明:通过OpenFresco软件能够将有限元软件OpenSees引入到混合实验之中,并能与实验控制系统dSpace和Labview进行数据通信,建立混合试验系统。2.通过混合模拟验证两套混合试验系统的通讯性能。研究结果表明:数值子结构内核OpenSees、接口程序OpenFresco以及控制系统dSpace或Labview之间具有良好的通讯性能,能够满足混合实验的要求。3.通过混合实验验证两套混合试验系统的稳定性和精度。单层钢框架结构的混合实验结果表明:两套试验系统都达到了较高的精度;由于目标位移传输误差的引入,使得OpenSees-Labview-dSpace试验系统的精度稍差于OpenSees -dSpace试验系统。三层钢框架结构的混合实验结果表明:OpenSees-dSpace试验系统和OpenSees-Labview-dSpace试验系统能够很好的协调工作完成多个试验子结构的混合实验,而且实验结果具有很好的精度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义
• 1.2 传统结构试验技术的研究与发展
• 1.2.1 拟静力试验技术
• 1.2.2 振动台试验技术
• 1.2.3 拟动力试验技术
• 1.3 混合试验技术的研究与发展
• 1.3.1 混合试验技术的原理
• 1.3.2 混合试验技术的数值积分算法
• 1.3.3 混合试验技术的边界条件
• 1.3.4 混合试验技术的数值模型
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 基于OpenFresco 的混合试验系统
• 2.1 引言
• 2.2 软件介绍
• 2.2.1 接口软件OpenFresco
• 2.2.2 有限元软件OpenSees
• 2.2.3 控制系统dSpace 和Labview
• 2.3 基于OpenFresco 的混合试验系统建立
• 2.3.1 混合试验系统组成
• 2.3.2 混合试验系统原理
• 2.3.3 OpenSees-dSpace 混合试验系统连接
• 2.3.4 OpenSees-Labview-dSpace 混合试验系统连接
• 2.4 数值单元的建立
• 2.4.1 数值单元
• 2.4.2 荷载及分析工况
• 2.5 试验的单元建立
• 2.5.1 试验单元定义方法
• 2.5.2 OpenSees-dSpace 系统试验单元定义
• 2.5.3 OpenSees-Labview-dSpace 系统试验单元定义
• 2.6 OpenFresco 与实验控制系统的连接
• 2.6.1 OpenSees-dSpace 试验系统
• 2.6.2 OpenSees-Labview-dSpace 试验系统
• 2.7 本章小结
• 第3章 基于OpenFresco 混合试验系统的混合模拟
• 3.1 引言
• 3.2 单层框架结构混合模拟
• 3.2.1 模型选取
• 3.2.2 纯有限元数值模拟
• 3.2.3 OpenSees-dSpace 试验系统混合模拟
• 3.2.4 OpenSees-Labview 试验系统混合模拟
• 3.2.5 结果对比分析
• 3.3 多层非线性框架结构混合模拟
• 3.3.1 OpenSees-dSpace 试验系统混合模拟
• 3.3.2 结果对比分析
• 3.4 反馈力信号噪声的影响
• 3.4.1 噪声选取
• 3.4.2 结果分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于OpenFresco 混合试验系统的混合实验
• 4.1 引言
• 4.2 实验加载及控制系统
• 4.2.1 试验设备
• 4.2.2 试件
• 4.2.3 控制器
• 4.2.4 力信号处理
• 4.3 单层框架结构混合试验
• 4.3.1 混合试验步骤
• 4.3.2 OpenSees-dSpace 系统实验结果分析
• 4.3.3 OpenSees-Labview-dSpace 系统实验结果分析
• 4.4 三层框架结构混合试验
• 4.4.1 模型选取
• 4.4.2 结果分析
• 4.5 快速混合试验尝试
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 致谢