检索结果-内蒙古大学图书馆

振动与冲击 2018年第15期37卷 150-155页

作者：吴斌宁西占许国山王贞哈尔滨工业大学结构工程灾变与控制教育部重点实验室哈尔滨150090 哈尔滨工业大学土木工程智能防灾减灾工业和信息化部重点实验室哈尔滨150090

在混合试验中,当子结构边界自由度较多时,其边界条件往往难以完全实现,而边界条件的缺失势必改变原结构的受力状态,影响结构性能评估的准确性。为此,提出基于模型更新的在线数值模拟方法,称之为考虑不完整边界条件的新型混合试验方法。... 详细信息

在混合试验中,当子结构边界自由度较多时,其边界条件往往难以完全实现,而边界条件的缺失势必改变原结构的受力状态,影响结构性能评估的准确性。为此,提出基于模型更新的在线数值模拟方法,称之为考虑不完整边界条件的新型混合试验方法。该方法建立具有相同本构关系的两套数值模型,分别用于整体结构数值计算和物理子结构本构模型参数识别。由于结构反应由整体结构数值模型求得,边界条件自然得到满足;而且数值模型的本构参数不断根据物理试件的试验结果在线修正,提高了数值计算的准确性。以物理试件的恢复力为追踪目标,采用基于梯度的优化方法在线估计并更新材料本构模型参数;以Matlab和Open Sees为计算平台完成了边界条件不完整的钢筋混凝土框架结构虚拟混合试验。结果表明,该方法几乎消除了边界条件不足带来的不利影响,提高了混合试验的模拟精度。

关键词：混合试验不完整边界条件参数识别模型更新

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基于试验子结构恢复力修正的不完整边界条件混合试验方法

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工程力学 2024年第5期41卷 77-86页

作者：王尚长杨格王贞吴斌肖嘉俊武汉理工大学土木工程与建筑学院湖北武汉430070 武汉理工大学三亚科教创新园海南三亚572000 中国地震局地震工程综合模拟与城乡抗震韧性重点实验室(天津大学) 天津300072

相比于传统拟静力和拟动力试验,混合试验通常存在较为复杂的试验子结构边界条件。受到实验室加载条件的限制,子结构的边界条件往往难以完全实现,这将对混合试验的保真度产生很大影响,即混合试验中的不完整边界条件问题。为解决不完整边... 详细信息

相比于传统拟静力和拟动力试验,混合试验通常存在较为复杂的试验子结构边界条件。受到实验室加载条件的限制,子结构的边界条件往往难以完全实现,这将对混合试验的保真度产生很大影响,即混合试验中的不完整边界条件问题。为解决不完整边界条件问题,提出一种基于试验子结构恢复力修正的不完整边界条件混合试验方法。该方法为试验子结构建立两套数值模型,并通过两套数值模型修正试验子结构的不完整恢复力。两套数值模型的区别在于边界条件的设定:第一套数值模型具有完整的边界条件;第二套数值模型具有与试验子结构相同的边界条件,为不完整边界条件。该研究分析了边界自由度耦合程度、数值模型误差对该方法精度的影响,验证了该方法对存在模型误差的数值模型具有较好的鲁棒性;最后,采用所提方法对一座两层两跨抗弯框架结构进行了抗震性能数值分析。结果表明:与常规混合试验方法和弱耦合混合试验方法相比,该方法不仅具有解决不完整边界条件问题的能力,而且也表现出较高的仿真精度。

关键词：混合试验不完整边界条件试验子结构恢复力修正辅助数值模型数值模拟

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考虑非完整边界条件的新型混合试验方法

考虑非完整边界条件的新型混合试验方法

引用

作者：宁西占哈尔滨工业大学

学位级别：博士

混合试验是在线结合实验室物理加载与计算机数值模拟从而评估结构性能的新型抗震试验方法。通常来讲,混合试验将待评估结构中的关键部位作为物理子结构在实验室中进行加载,而剩余部分则作为数值子结构在计算机中模拟。如此以来,在很大... 详细信息

混合试验是在线结合实验室物理加载与计算机数值模拟从而评估结构性能的新型抗震试验方法。通常来讲,混合试验将待评估结构中的关键部位作为物理子结构在实验室中进行加载,而剩余部分则作为数值子结构在计算机中模拟。如此以来,在很大程度上节省实验室资源,从而能够开展大比例尺甚至足尺结构的性能评估。然而,当物理子结构边界自由度较多时,受加载设备、试验场地以及试验经费等多方面的限制,其边界条件往往难以完全实现;而边界条件的缺失势必改变结构的受力状态,影响结构性能评估的准确性。如何在现有条件下,通过不完整边界条件的混合试验获取高精度混合模拟结果,并合理判断结构抗震性能,成为抗震试验研究的新挑战。本文称无法完全实现的物理子结构边界条件的现实为不完整边界条件问题。为了解决该问题,本文提出了一种新型混合试验方法——基于模型更新的在线数值模拟方法,并针对该方法的部分关键科学问题开展了研究。主要研究内容如下:1.针对模型更新混合试验的核心问题,提出基于梯度的材料本构模型参数估计方法;基于李雅普诺夫稳定理论,证明卡尔曼滤波器在用于参数估计时的收敛性,研究扩展的卡尔曼滤波器的收敛条件。阐述卡尔曼滤波器与加权递推最小二乘法的关系,给出卡尔曼滤波器参数取值建议。分析表明,隐性卡尔曼滤波器本质上是随机最小二乘法,它是一种高精度的次优估计器;以任意非线性标量系统为例分析了比例对称采样的精度,得到了达到四阶精度时采样参数需要满足的条件。数值算例表明,隐性卡尔曼滤波器具有较快的收敛速度和较强的鲁棒性。2.提出基于模型更新的在线数值模拟方法。新方法中结构反应由整体结构数值模型计算得到,边界条件自然得到满足;物理子结构的恢复力不再返回到时间积分模块参与运动方程的求解,而是返回到参数估计模块用于数值模型本构参数在线估计。基于TCP/IP网络传输协议,在不更改有限元软件Open Sees框架的前提下实现了MATLAB和Open Sees的通讯;通过修改Open Sees源代码,实现了混合试验的力-位移同步加载模拟。研究结果表明,在线数值模拟方法能够获得较高的模拟精度且具有较强的鲁棒性;单方面的本构模型参数更新并不一定能够改善混合试验的模拟精度;新方法可以弥补本构模型不准确以及对本构模型认识不足带来的不利影响。3.搭建了基于Open Sees-MATLAB-Hy Test Connector-MTS的三环混合试验架构,并以钢筋混凝土框架结构为例,完成了在线数值模拟方法的试验验证。研究结果表明,在线数值模拟方法对边界条件具有较强的鲁棒性,可以获取高精度混合试验模拟结果,从而为评估结构的抗震性能提供支持和依据;与数值模拟类似,参数估计在初期表现出明显的波动,随后快速收敛至稳态值;受模型误差的影响,在线估计得到的参数收敛值表现出地震动峰值加速度相关性;物理子结构竖向力边界的波动对最终的参数估计结果影响较小。4.以短肢剪力墙结构和防屈曲支撑-钢筋混凝土框架结构为例,探讨了在线数值模拟方法在大型建筑结构抗震试验中的适用性;研究了采用欧拉梁模拟剪力墙的适用条件;提出了三段式防屈曲支撑建模方法;探讨了多本构模型参数估计方法的可行性以及观测量个数对参数估计的影响。研究结果表明,在线数值模拟方法适用于复杂建筑结构抗震试验;在高维参数估计时,隐性卡尔曼滤波器依然具有较高的精度和较快的收敛速度;对处于静定或超静定状态的土木工程结构来讲,单观测量模式足以保证参数估计的准确性。

关键词：在线数值模拟混合试验不完整边界条件模型更新隐性卡尔曼滤波器参数估计

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在线数值模拟方法在防屈曲支撑-钢筋混凝土框架结构中的应用

引用

建筑结构学报 2019年第10期40卷 86-92页

作者：宁西占吴斌谭启阳杨格许国山华侨大学土木工程学院福建厦门361021 华侨大学福建省智慧基础设施与监测重点实验室福建厦门361021 武汉理工大学土木工程与建筑学院湖北武汉430070 哈尔滨工业大学土木工程学院黑龙江哈尔滨150090

在线数值模拟方法是一种基于模型更新的混合试验方法。在该方法中,建立整体结构数值模型和物理子结构的数值模型,分别用于结构整体分析和本构模型参数估计,且两套模型具有相同的本构关系。在线数值模拟方法中,结构响应由结构整体分析得... 详细信息

在线数值模拟方法是一种基于模型更新的混合试验方法。在该方法中,建立整体结构数值模型和物理子结构的数值模型,分别用于结构整体分析和本构模型参数估计,且两套模型具有相同的本构关系。在线数值模拟方法中,结构响应由结构整体分析得到,边界条件自然得到满足;数值模型的本构参数不断根据试验数据在线修正,建模可靠性得到了改善。为验证在线数值模拟方法在复杂建筑结构中应用的可行性,以隐性卡尔曼滤波器(UKF)为参数估计方法,以钢材和混凝土本构模型参数为待估计量,完成了具有不完整边界条件的防屈曲支撑-钢筋混凝土框架结构的虚拟混合试验。结果表明,在线数值模拟方法削弱了边界条件的影响,提高了混合试验的模拟精度;UKF方法在多构件多本构模型参数同时估计时具有较高的精度和计算效率;在每一积分步内,在线数值模拟方法平均计算耗时0.67s,远小于加载耗时,验证了在线数值模拟方法在复杂结构试验中的适用性。

关键词：防屈曲支撑-钢筋混凝土框架结构在线数值模拟混合试验不完整边界条件模型更新隐性卡尔曼滤波器

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