子結(jié)構(gòu)混合試驗方法的數(shù)值模擬研究.pdf

1、國內(nèi)圖書分類號:TU352.11國際圖書分類號:624.034工學碩士學位論文子結(jié)構(gòu)混合試驗方法的數(shù)值模擬研究碩士研究生：王瑾導(dǎo)師：田石柱教授申請學位級別：工學碩士學科、專業(yè)：防災(zāi)減災(zāi)工程與防護工程所在單位：土木工程學院答辯日期：2009年6月授予學位單位：哈爾濱工業(yè)大學哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文I摘要對于大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的抗震試驗，由于小比例模型與原型之間的相似關(guān)系很難嚴格滿足，一般要求進行大比例甚至足尺試驗。子結(jié)構(gòu)混合試驗方法為解決

2、以上困難提供了技術(shù)手段：它結(jié)合了有限元軟件強大的數(shù)值計算能力與真實試驗加載的可靠性，充分發(fā)揮了兩者各自的優(yōu)點。子結(jié)構(gòu)混合試驗方法對于更客觀真實地揭示大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的動力性能、降低試驗成本有十分重要的意義。目前，美國加州大學伯克利分校等開發(fā)了基于OpenFresco的網(wǎng)絡(luò)協(xié)同混合試驗系統(tǒng)，搭建了一個網(wǎng)絡(luò)協(xié)議平臺，并將數(shù)值模擬程序（OpenSees專用有限元分析軟件）及試驗控制系統(tǒng)整合在一起，其中，OpenFresco和OpenSees均為開

3、源軟件，允許研究者進行進一步的開發(fā)和應(yīng)用。中國于2004年啟動國家自然科學基金重點項目“現(xiàn)代結(jié)構(gòu)擬動力地震模擬協(xié)同試驗方法與系統(tǒng)”之后，又啟動了重大研究計劃重點項目“大型建筑及橋梁結(jié)構(gòu)動力損傷過程的實時混合試驗方法與技術(shù)”，旨在進一步深化網(wǎng)絡(luò)協(xié)同混合試驗方法的理論和技術(shù)，本文研究內(nèi)容是此重點項目的子課題之一，具體內(nèi)容為：1.使用兩種典型的有限元軟件ANSYS與OpenSees對鋼筋混凝土短柱進行多種荷載作用下的數(shù)值模擬，通過分析得出，O

4、penSees更加適合作為混合試驗中數(shù)值子結(jié)構(gòu)的計算軟件，進而從應(yīng)用的層面上，對OpenSees軟件的鋼筋和混凝土材料、非線性梁柱單元及纖維有限元模型進行了詳細闡述。2.基于與現(xiàn)有實驗室MTS試驗系統(tǒng)有較好的匹配性，選用Matlab軟件作為混合試驗系統(tǒng)開發(fā)工具。開發(fā)程序功能包括：應(yīng)用結(jié)構(gòu)矩陣分析原理自動計算結(jié)構(gòu)整體剛度矩陣；使用αOS算法作為數(shù)值積分算法，使程序擁有良好的數(shù)值穩(wěn)定性；對OpenFresco系統(tǒng)中的試驗單元、試驗單元邊界條

5、件模擬以及試驗設(shè)備及其與控制系統(tǒng)的信號變換進行了研究；使用OpenFresco接口程序，實現(xiàn)了Matlab程序與數(shù)值計算軟件OpenSees之間的數(shù)據(jù)交換，成功地建立了混合試驗系統(tǒng)。3.應(yīng)用所開發(fā)的混合試驗系統(tǒng)，對一作用越階力的兩自由度懸臂結(jié)構(gòu)進行了數(shù)值模擬，并與其解析結(jié)果進行對比分析，驗證了所開發(fā)混合試驗系統(tǒng)的合理性與可靠性。通過對一座簡化單自由度多跨混凝土橋梁結(jié)構(gòu)和一裝有防屈曲支撐的鋼框架結(jié)構(gòu)進行混合試驗數(shù)值模擬，演示了混合試驗系統(tǒng)