子結(jié)構(gòu)混合試驗(yàn)方法的數(shù)值模擬研究.pdf

1、國(guó)內(nèi)圖書(shū)分類號(hào):TU352.11國(guó)際圖書(shū)分類號(hào):624.034工學(xué)碩士學(xué)位論文子結(jié)構(gòu)混合試驗(yàn)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(qǐng)學(xué)位級(jí)別：工學(xué)碩士學(xué)科、專業(yè)：防災(zāi)減災(zāi)工程與防護(hù)工程所在單位：土木工程學(xué)院答辯日期：2009年6月授予學(xué)位單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文I摘要對(duì)于大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的抗震試驗(yàn)，由于小比例模型與原型之間的相似關(guān)系很難嚴(yán)格滿足，一般要求進(jìn)行大比例甚至足尺試驗(yàn)。子結(jié)構(gòu)混合試驗(yàn)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(qiáng)大的數(shù)值計(jì)算能力與真實(shí)試驗(yàn)加載的可靠性，充分發(fā)揮了兩者各自的優(yōu)點(diǎn)。子結(jié)構(gòu)混合試驗(yàn)方法對(duì)于更客觀真實(shí)地揭示大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的動(dòng)力性能、降低試驗(yàn)成本有十分重要的意義。目前，美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校等開(kāi)發(fā)了基于OpenFresco的網(wǎng)絡(luò)協(xié)同混合試驗(yàn)系統(tǒng)，搭建了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議平臺(tái)，并將數(shù)值模擬程序（OpenSees專用有限元分析軟件）及試驗(yàn)控制系統(tǒng)整合在一起，其中，OpenFresco和OpenSees均為開(kāi)

3、源軟件，允許研究者進(jìn)行進(jìn)一步的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。中國(guó)于2004年啟動(dòng)國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目“現(xiàn)代結(jié)構(gòu)擬動(dòng)力地震模擬協(xié)同試驗(yàn)方法與系統(tǒng)”之后，又啟動(dòng)了重大研究計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目“大型建筑及橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)力損傷過(guò)程的實(shí)時(shí)混合試驗(yàn)方法與技術(shù)”，旨在進(jìn)一步深化網(wǎng)絡(luò)協(xié)同混合試驗(yàn)方法的理論和技術(shù)，本文研究?jī)?nèi)容是此重點(diǎn)項(xiàng)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(duì)鋼筋混凝土短柱進(jìn)行多種荷載作用下的數(shù)值模擬，通過(guò)分析得出，O

4、penSees更加適合作為混合試驗(yàn)中數(shù)值子結(jié)構(gòu)的計(jì)算軟件，進(jìn)而從應(yīng)用的層面上，對(duì)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(jìn)行了詳細(xì)闡述。2.基于與現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室MTS試驗(yàn)系統(tǒng)有較好的匹配性，選用Matlab軟件作為混合試驗(yàn)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具。開(kāi)發(fā)程序功能包括：應(yīng)用結(jié)構(gòu)矩陣分析原理自動(dòng)計(jì)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(duì)OpenFresco系統(tǒng)中的試驗(yàn)單元、試驗(yàn)單元邊界條

5、件模擬以及試驗(yàn)設(shè)備及其與控制系統(tǒng)的信號(hào)變換進(jìn)行了研究；使用OpenFresco接口程序，實(shí)現(xiàn)了Matlab程序與數(shù)值計(jì)算軟件OpenSees之間的數(shù)據(jù)交換，成功地建立了混合試驗(yàn)系統(tǒng)。3.應(yīng)用所開(kāi)發(fā)的混合試驗(yàn)系統(tǒng)，對(duì)一作用越階力的兩自由度懸臂結(jié)構(gòu)進(jìn)行了數(shù)值模擬，并與其解析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)證了所開(kāi)發(fā)混合試驗(yàn)系統(tǒng)的合理性與可靠性。通過(guò)對(duì)一座簡(jiǎn)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(jìn)行混合試驗(yàn)數(shù)值模擬，演示了混合試驗(yàn)系統(tǒng)