地震模拟振动台子结构实验方法数值模拟

摘要

振动台实验作为一种实时动力实验，能够真实再现结构在地震荷载下的反应。但由于振动台的尺寸和承载力的限制，实验模型比例尺一般情况下很小，尺寸效应明显。为此，将子结构实验技术引入振动台实验，以提高实验试件的比例尺。此外，通过子结构实验技术，可只对结构非线性显著部分进行真实实验，而对线性部分进行数值计算，这样可以降低实验费用。本文通过对一个三层结构进行振动台子结构实验的数值仿真，分析了多自由度体系振动台子结构实验的特点，并对振动台子结构实验的数值积分算法、实验系统时间滞后及其补偿进行了研究。
　　本研究主要内容包括：⑴推导多自由体系子结构运动方程，并对子结构实验进行统一表述；⑵分析了振动台子结构实验数值积分算法的特点，通过数值仿真对中央差分算法和算子分解法进行了对比。分析结果表明：在不计系统滞后并且积分步长较小的情况下，中央差分法和算子分解法的子结构仿真结果（对应于振动台子结构实验）能够与整体结构的仿真结果（对应于整体结构振动台实验）很好吻合。随着积分步长的增加，算子分解法的精度要好于中央差分法；⑶分析了振动台子结构实验产生滞后的原因。假设实验用反力作动器的滞后为双线性模型，并采用多项式外插值对滞后进行补偿。分析结果表明：在整体结构周期较小时，振动台子结构实验对滞后比较敏感。而频率较低的结构的实验效果较好。三阶多项式外插补偿效果明显，补偿后系统的稳定性和精度基本能够达到没有滞后时的理想状态。

目录

地震模拟振动台子结构实验方法数值模拟

Numerical Simulation of Shaking Table Substructure Testing

摘 要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景和意义

1.2 地震模拟振动台的研究与应用

1.3 地震模拟振动台子结构混合实验介绍

1.4 本文的研究内容

第2章 多自由度体系的子结构实验

2.1 前言

2.2 子结构边界自由度的质量划分

2.3 子结构实验边界条件模拟

2.4 多自由度子结构实验的动力方程

2.5 本章小结

第3章 振动台子结构实验的数值仿真

3.1 前言

3.2 振动台子结构实验数值仿真介绍

3.3 振动台子结构实验数值算法及其特点

3.4 不同数值积分算法的仿真对比分析

3.5 本章小结

第4章 振动台子结构实验时滞及其补偿

4.1 前言

4.2 振动台子结构实验时滞原因

4.3 反力作动器的动力特性

4.4 作动器的双线性模型

4.5 振动台子结构实验的作动器滞后模拟

4.6 振动台子结构实验的时滞补偿

4.7 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

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致 谢