工程結(jié)構(gòu)抗震混合試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)

1范圍

本文件規(guī)定了工程結(jié)構(gòu)抗震混合試驗(yàn)方法的術(shù)語和定義、總體要求、模型設(shè)計、擬動力混合試驗(yàn)、

實(shí)時混合試驗(yàn)、振動臺混合試驗(yàn)、數(shù)據(jù)處理和試驗(yàn)報告等。

本文件適用于建筑物、構(gòu)筑物、橋梁等基礎(chǔ)設(shè)施和設(shè)備的抗震混合試驗(yàn)。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文

件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適

用于木文件。

GB/T21II6液壓振動臺

GB/T13309機(jī)械振動臺技術(shù)條件

GB/T13310電動振動臺

JGJ/T101—2015建筑抗震試驗(yàn)規(guī)程

3術(shù)語和定義

下列術(shù)語和定義適用于本文件。

抗震混合試驗(yàn)seismichybridtest

將數(shù)值動力分析和物理試驗(yàn)加載結(jié)合起來模擬工程結(jié)構(gòu)、非結(jié)構(gòu)構(gòu)件或設(shè)備地宸響應(yīng)的試驗(yàn)。

子結(jié)構(gòu)substructure

整體工程結(jié)構(gòu)的一部分，屬性包括幾何尺寸、材料、荷載和邊界條件等，分為數(shù)值子結(jié)構(gòu)和試驗(yàn)

子結(jié)構(gòu)。

數(shù)值子結(jié)構(gòu)numericalsubstructure

整體工程結(jié)構(gòu)中通過數(shù)值方法進(jìn)行求解的部分。

試驗(yàn)子結(jié)構(gòu)experimentalsubstructure

整體工程結(jié)構(gòu)中通過物理試驗(yàn)進(jìn)行測試的部分。

協(xié)調(diào)器coordinator

組織各個子結(jié)構(gòu)協(xié)同加載或分析以實(shí)現(xiàn)整體工程結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)的平臺。

時間積分方法timeintegrationalgorithm

對動力系統(tǒng)在時間域上進(jìn)行離散，并按照一定差分規(guī)則進(jìn)行求解的數(shù)值方法。

3.7

擬動力混合試驗(yàn)pseudo-dynamichybridtest

忽略試體的率效應(yīng)而采用擬靜力加載方式進(jìn)行的混合試驗(yàn)。

3.8

實(shí)時混合試驗(yàn)real-timehybridtest

考慮試體的率效應(yīng)而采用作動器進(jìn)行直實(shí)速率加載的混合試臉c

3.9

振動臺混合試驗(yàn)shakingtablehybridtest

考慮試體的率效應(yīng)而采用地震模擬振動臺進(jìn)行動力加載的混合試驗(yàn)。

3.10

邊界條件boundarycondition

子結(jié)構(gòu)與地面之間，以及子結(jié)構(gòu)之間在加栽或分析過程中需要保持平衡和協(xié)調(diào)的條件。

3.11

時滯timedelay

采用不同方式計算或加我的子結(jié)構(gòu)之間在時間尺度上的差異，包括延時和滯后。

3.12

時滯補(bǔ)償delaycompensation

為保證實(shí)時或振動臺混合試驗(yàn)子結(jié)構(gòu)之間同步而采取的減小時滯及其影響的處理方式。

3.13

荷載控制loadingcontrol

以控制荷載量進(jìn)行的加載方式。

[來源：JGJ/T101—2015,2.1.9]

3.14

變形控制deformationcontrol

以控制變形量進(jìn)行的加載方式。

[來源:JGJT101—2015,2.1,10]

3.15

等效力equivalentforce

將離散的結(jié)構(gòu)運(yùn)動方程等效為未知狀態(tài)量的非線性方程，方程中與未知狀態(tài)量無關(guān)的所有項(xiàng)的統(tǒng)

稱。

3.16

穩(wěn)定性stability

混合試臉系統(tǒng)在試驗(yàn)過程中誤差有界、系統(tǒng)響應(yīng)不發(fā)散的能力。

3.17

目標(biāo)量target

由計和得到的需要通過加載裝置在試體上復(fù)現(xiàn)的輸入值。

3.18

響應(yīng)量response

試體加載后通過測量系統(tǒng)測得的反饋值。

相似律lawsofsimilitude

試體真實(shí)模擬實(shí)際結(jié)構(gòu)所必須遵循的準(zhǔn)則，包括空間、時間、強(qiáng)度、變形等。

3.20

模型在線更新modelonlineupdate

混合試驗(yàn)進(jìn)行時，根據(jù)試體實(shí)測數(shù)據(jù)對數(shù)值子結(jié)構(gòu)的力學(xué)參數(shù)進(jìn)行修正，以減小數(shù)值子結(jié)構(gòu)系統(tǒng)

性偏差的方法。

4總體要求

4.1一般要求

4.1.1工程結(jié)構(gòu)抗震混合試驗(yàn)的對象是可用動力方程描述的結(jié)構(gòu)、非結(jié)構(gòu)或設(shè)備。

4.1.2子結(jié)構(gòu)的劃分應(yīng)綜合考慮送驗(yàn)設(shè)備條件并滿足試臉目的，各子結(jié)構(gòu)間的邊界應(yīng)滿足變形協(xié)，謊和

力平衡條件，宜按下列原則確定：

a）選取工程結(jié)構(gòu)行為復(fù)雜、難以準(zhǔn)確模擬的部分作為試驗(yàn)子結(jié)構(gòu)進(jìn)行物理試驗(yàn)，選取易于模擬

內(nèi)部分作為數(shù)值子結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)值模擬；

b）對于有明確反彎點(diǎn)的構(gòu)件，在反彎點(diǎn)處劃分子結(jié)構(gòu)；

c）無明確反彎點(diǎn)的構(gòu)件，在遠(yuǎn)離塑性區(qū)2倍?3倍塑性區(qū)特征尺寸的位置劃分子結(jié)構(gòu)。

4.1.3抗震混合試驗(yàn)應(yīng)選擇具有代表性的地震動時程。

4.1.4抗震混合試驗(yàn)所采用的時間積分方法及步長應(yīng)滿足方法的穩(wěn)定性和精確性要求。

4.1.5抗震混合試驗(yàn)所采用的儀器設(shè)備，應(yīng)按規(guī)定進(jìn)行計量校準(zhǔn)，且在有效期內(nèi)。

4.1.6抗震混合試驗(yàn)除符合本標(biāo)準(zhǔn)外，尚應(yīng)符合國家和行業(yè)其他有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

4.2抗震混合試驗(yàn)的分類

4.2.1抗震混合試驗(yàn)分為擬動力;昆合試驗(yàn)、實(shí)時混合試驗(yàn)和振動臺混合試驗(yàn)。

4.2.2擬動力混合試驗(yàn)應(yīng)符合下列規(guī)定：

a）采用閉環(huán)自動控制的加教裝置進(jìn)行加我；

b）采用試體的實(shí)測變形或荷載作為反饋值求解動力方程。

4.2.3實(shí)時混合試驗(yàn)、振動臺混合試驗(yàn)應(yīng)符合下列規(guī)定：

a）數(shù)值子結(jié)構(gòu)求解滿足實(shí)時性要求；

b）采用高速數(shù)據(jù)傳輸方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；

c）實(shí)時混合試驗(yàn)的試驗(yàn)子結(jié)構(gòu)采用動態(tài)作動器加載：

d）振動臺混合試驗(yàn)的試驗(yàn)子結(jié)構(gòu)采用地震模擬振動臺加載：

e）采用時滯補(bǔ)償技術(shù)以滿足穩(wěn)定性要求。

4.3抗震混合試驗(yàn)系統(tǒng)基本構(gòu)成

4.3.1抗震混合試驗(yàn)系統(tǒng)包括數(shù)道子結(jié)構(gòu)、試驗(yàn)子結(jié)構(gòu)和協(xié)調(diào)器，并應(yīng)符合下列規(guī)定：

a）協(xié)調(diào)器用于保證子結(jié)構(gòu)之間的協(xié)調(diào)和平衡：

b）協(xié)調(diào)器與子結(jié)構(gòu)之間應(yīng)有明確的模型參數(shù)協(xié)調(diào)界面和數(shù)據(jù)交互模式，協(xié)調(diào)器為子結(jié)構(gòu)提供目

標(biāo)量，同時接收子結(jié)構(gòu)的響應(yīng)量：

c）數(shù)值了?結(jié)構(gòu)求解平臺應(yīng)具有自動化的逐步輸入和輸出接口；

d）試驗(yàn)子結(jié)構(gòu)包括試體、加載與控制裝置、測量裝置，以及提供支撐的反力裝置和保護(hù)裝置。

4.3.2數(shù)值子結(jié)構(gòu)、試驗(yàn)子結(jié)構(gòu)和協(xié)調(diào)器之間宜采用點(diǎn)對點(diǎn)的數(shù)據(jù)通訊方式。

4.3.3協(xié)調(diào)器應(yīng)按照足尺結(jié)構(gòu)進(jìn)行動力方程求解，縮尺模型的輸入和反饋應(yīng)按照相似律進(jìn)行調(diào)整后反

饋給協(xié)調(diào)器。

43.4實(shí)時混合試驗(yàn)和振動臺混合試驗(yàn)宜按附錄A規(guī)定的相似律確定相似關(guān)系。

44抗震混合試驗(yàn)的一般流程

抗震混合試蛤的一般流程包括：劃分子結(jié)構(gòu)、確定協(xié)調(diào)器和時間積分方法、確定加載控制和測量

裝置、進(jìn)行模擬仿真、進(jìn)行預(yù)試驗(yàn)、正式試驗(yàn)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，如圖1所示，具體包括：

a）子結(jié)構(gòu)的劃分應(yīng)符合經(jīng)濟(jì)性、合理性和穩(wěn)定性的要求：

b）根據(jù)實(shí)際需求選擇協(xié)調(diào)器和時間積分方法，積分步長和參數(shù)的選擇應(yīng)滿足穩(wěn)定性要求，宜選

擇具有數(shù)值阻尼和無條件穩(wěn)定的時間積分方法：

c）確定合理的輸入輸出和加載測量方案，控制方法可根據(jù)構(gòu)件剛度選擇荷載控制或者變形控制:

d）試驗(yàn)前，宜進(jìn)行抗震混合試驗(yàn)的數(shù)值仿真，確認(rèn)抗震混合試驗(yàn)的精度和系統(tǒng)的可靠性：

e）進(jìn)行預(yù)試驗(yàn)，分析模型誤差、邊界誤差和加載測量誤差對整體響應(yīng)的影響：

f）進(jìn)行正式試驗(yàn)：

g）分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)，撰寫試驗(yàn)報告。

圖1抗震混合試驗(yàn)一般流程

45試驗(yàn)安全措施

4.5.1抗震混合試驗(yàn)安全措施應(yīng)符合JGJ/T101-2015第8章的規(guī)定。

4.5.2在進(jìn)行抗震混合試驗(yàn)時，加我系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置限值保護(hù)。

46測量系統(tǒng)

46.1擬動力混合試驗(yàn)的測量系統(tǒng)應(yīng)具備下列能力：

a）試體各測量值，應(yīng)采用自動化測量儀器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)采樣頻率不應(yīng)低于0.5Hz：

b）試體控制變量、結(jié)構(gòu)量測參量應(yīng)通過標(biāo)準(zhǔn)D/A接口、A/D接口，實(shí)現(xiàn)控制與數(shù)據(jù)采集。

4.6.2班時混合試給的測量系統(tǒng)應(yīng)具備下列能力：

a）試體各測量值，應(yīng)采用自動化測量儀器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)采樣頻率不應(yīng)低于500Hz：

b）試體控制變量、結(jié)構(gòu)量測參量應(yīng)通過標(biāo)準(zhǔn)D/A接口、A/D接口，實(shí)現(xiàn)控制與數(shù)據(jù)采集。

46.3振動臺混合試驗(yàn)的測量系統(tǒng)應(yīng)具備下列能力：

a）測量儀器應(yīng)根據(jù)試體的動力特性、動力反應(yīng)、振動臺的性能以及所需的測試量參數(shù)來選擇：

b）測量儀器的頻率范圍，其卜.限應(yīng)低于試驗(yàn)用地震記錄最低主要頻率分量的1/10,上限應(yīng)大于最

高有用頻率分量值；

c）測量儀器動態(tài)范圍應(yīng)大于60dB：

d）測量信號分辨率應(yīng)小于需采集的最小振動幅值的1/10：

e）量測用的傳感器應(yīng)具有良好的機(jī)械抗沖擊性能，且便于安裝和拆卸；

f）附著于試體上的傳感器，其重量和體枳不應(yīng)明顯影響試體的動力特性。

5模型設(shè)計

5.1一般要求

5.1.1抗得混合試驗(yàn)的模型包括數(shù)值模型和試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，分別用于數(shù)值子結(jié)構(gòu)和試驗(yàn)子結(jié)構(gòu)。

5.1.2數(shù)值模型和試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛻?yīng)滿足抗震混合試驗(yàn)的目的并綜合考慮效率、精度和試驗(yàn)安全等因素。

5.1.3實(shí)時混合試驗(yàn)和振動臺混合試驗(yàn)的數(shù)值模型和試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，?yīng)保持加載、測量、識別、更新、模

擬和數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時性，且不應(yīng)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

5.2數(shù)值模型

5.2.1數(shù)值模型應(yīng)充分表征數(shù)值了結(jié)構(gòu)力學(xué)特征，宜采用有限元方法進(jìn)行求解，當(dāng)采用向量式有限元

方法時參考附錄Bo

5.2.2當(dāng)數(shù)值模型中包含與試驗(yàn)?zāi)Ｐ拖嗤W(xué)特性的構(gòu)件時，宜采用模型在線更新方法以提高數(shù)值模

型的計算精度，具體步驟參見附錄C且符合下列規(guī)定：

a）在構(gòu)件、截面或材料層次上開展本構(gòu)模型在線識別與更新；

b）模型在線更新時間不超過單步試驗(yàn)耗時的1/3：

c）數(shù)值模型與試驗(yàn)?zāi)Ｐ烷g有明確的參數(shù)協(xié)調(diào)和數(shù)據(jù)交互模式：

d）對于非完整邊界條件的試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，可采用在線數(shù)值模擬方法以提高模擬精度，參見附錄D。

5.3試驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

5.3.1試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛻?yīng)有合理的結(jié)構(gòu)特征、構(gòu)造措施和邊界條件，必要時應(yīng)進(jìn)行局部處理，以滿足試驗(yàn)子

結(jié)構(gòu)安裝、加載、測試和安全等需求。

5.3.2試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮跐M足抗震混合求驗(yàn)?zāi)繕?biāo)及實(shí)驗(yàn)室加載能力條件下，宜采用足尺或較大比例尺模型，

并符合下列規(guī)定：

a）振動臺混合試驗(yàn)的試驗(yàn)?zāi)Ｐ捅壤卟恍∮?/15；

b）其他類型混合試驗(yàn)的試驗(yàn)?zāi)Ｐ捅壤卟恍∮?/4。

5.3.3縮尺試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛻?yīng)滿足構(gòu)件、截面或材料層次的力學(xué)等代關(guān)系或按照相似律進(jìn)行設(shè)計，相似律參

見附錄A。

5.3.4試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛻?yīng)滿足試驗(yàn)裝置與加載設(shè)備的設(shè)計受力條件、剛度條件和位移約束條件。

6擬動力混合試驗(yàn)

6.1一般要求

6.1.1率效應(yīng)不明顯的工程結(jié)構(gòu)可采用擬動力混合試驗(yàn)方法。

6.1.2擬動力混合試驗(yàn)采用下列三種架構(gòu)：

a）當(dāng)協(xié)調(diào)器求解動力平衡方程時，各子結(jié)構(gòu)應(yīng)按照靜力過程進(jìn)行分析或加載，如圖2所示：

b）當(dāng)采用數(shù)值子結(jié)構(gòu)代替協(xié)調(diào)器時，數(shù)值子結(jié)構(gòu)應(yīng)采用逐步枳分的動力時程分析，如圖3所示;

c）當(dāng)協(xié)調(diào)器僅用于協(xié)調(diào)和平衡邊界時，試驗(yàn)子結(jié)構(gòu)應(yīng)避免迭代，如圖4所示。

移

ft剛

力

度

3

圖2協(xié)調(diào)器為數(shù)值子結(jié)構(gòu)（試驗(yàn)子結(jié)構(gòu)可為振動臺試體）

反力.

位移

<----

反力,

位移

<----

圖3協(xié)調(diào)器求解動力方程

圖4協(xié)調(diào)器僅用于協(xié)調(diào)子結(jié)構(gòu)

6.1.3各數(shù)值子結(jié)構(gòu)可采用不同數(shù)值方法求解，各試驗(yàn)子結(jié)構(gòu)可采用不同的試驗(yàn)加載系統(tǒng)。

6.1.4各子結(jié)構(gòu)可分布在不同的實(shí)驗(yàn)室開展模擬或試驗(yàn)，形成設(shè)各共享的分布式子結(jié)構(gòu)混合試驗(yàn)，如

圖5所示。

分布式子結(jié)構(gòu)混合試驗(yàn)方法

圖5分布式子結(jié)構(gòu)混合試驗(yàn)

6.2求解算法

6.2.1擬動力混合試驗(yàn)的動力平衡方程可參考附錄E選擇OS方法進(jìn)行求解。

6.2.2當(dāng)選擇顯式時間積分方法時，應(yīng)參考附錄F檢驗(yàn)穩(wěn)定性和精確性。

6.3設(shè)備性能要求

6.3.1擬動力混合試驗(yàn)一般采用作動器進(jìn)行加載，也可采用具有變形和荷我控制功能的廠斤頂進(jìn)行加

我。

6.3.2加載系統(tǒng)傳感器變形測量相對誤差最大允許值為示值的±1%,荷載測量相對誤差最大允許值為

示值的±1%。

6.3.3擬動力混合試驗(yàn)的測量系統(tǒng)應(yīng)符合4.6.1的規(guī)定。

6.4邊界協(xié)調(diào)方法

6.4.1按照下列方法進(jìn)行擬動力混合試驗(yàn)邊界協(xié)調(diào)：

a）數(shù)值子結(jié)構(gòu)可采用邊界約束或荷載的形式實(shí)現(xiàn)邊界條件：

b）試驗(yàn)子結(jié)構(gòu)應(yīng)采用加載裝置實(shí)現(xiàn)邊界條件模擬；

c）在邊界協(xié)調(diào)精度允許時，可采用圖6、圖7、圖8所示的邊界協(xié)調(diào)加載簡化方法。

6.4.2邊界協(xié)調(diào)符合下列條件：

a）對動力自由度有直接影響的邊界條件，應(yīng)滿足嚴(yán)格的平衡和協(xié)調(diào)條件；

b）對動力自由度有間接影響的邊界條件，宜滿足嚴(yán)格的平衡和協(xié)調(diào)條件，當(dāng)確認(rèn)對動力行為影

向不大時，可適當(dāng)放松；

c）對動力自由度無影響的邊界條件，可采用反彎點(diǎn)加載、重疊領(lǐng)域加載等放松的方式，以簡化

加載裝置。

6.4.3試驗(yàn)前，應(yīng)對擬動力混合:式驗(yàn)的邊界協(xié)調(diào)方式進(jìn)行檢驗(yàn)，并符合下列規(guī)定：

a）采用邊界協(xié)調(diào)簡化方案的混合試驗(yàn)應(yīng)進(jìn)行邊界協(xié)調(diào)檢驗(yàn)，以確定簡化方案造成的誤差；

b）邊界協(xié)調(diào)檢驗(yàn)應(yīng)采用數(shù)值模擬進(jìn)行仿真，分為線彈性模型檢驗(yàn)和彈塑性模型檢驗(yàn)，混合仿真

結(jié)果應(yīng)與相應(yīng)的整體結(jié)構(gòu)數(shù)值模擬對比：

c）混合仿真中的試驗(yàn)子結(jié)構(gòu)應(yīng)采用數(shù)值模擬的方式進(jìn)行，所采用的方法應(yīng)能準(zhǔn)確模擬試驗(yàn)子結(jié)

構(gòu)的加載條件：

d）功界協(xié)調(diào)檢聆應(yīng)分為宏觀變形響應(yīng)檢驗(yàn)和局部荷載響應(yīng)檢險：

e）宏觀變形響應(yīng)檢驗(yàn)包括所直接控制的動力自由度位移響應(yīng)、通過簡化協(xié)調(diào)方法實(shí)現(xiàn)的靜力自

由度變形響應(yīng)。與整體數(shù)值模型相比，動力自由度變形響應(yīng)誤差不應(yīng)超過5%,通過簡化方法實(shí)現(xiàn)的靜

力自由度變形響應(yīng)誤差不宜超過20%：

f）局部荷載響應(yīng)檢驗(yàn)包括邊界附近節(jié)點(diǎn)的彎矩，以及其他反映構(gòu)件或結(jié)構(gòu)的力學(xué)指標(biāo)，局部荷載

響應(yīng)誤差不宜超過30%。

6.4.4需要控制轉(zhuǎn)動自由度的試，本，可采用下列三種方式之一進(jìn)行加載。

a）利用兩個水平方向作動器間的協(xié)調(diào)運(yùn)動模擬試體的水平自由度和轉(zhuǎn)動自由度，利用垂直方向

作動器對軸向自由度進(jìn)行加載，如圖6所示。

b）利用一個水平方向作動器模擬試體的水平自由度，利用兩個垂直作動器通過剛臂協(xié)調(diào)豎向和

轉(zhuǎn)動自由度的加載，如圖7所示。

c）可采用四連桿裝置約束轉(zhuǎn)動自由度的轉(zhuǎn)動，如圖8所示。

d）采用多臺作動器進(jìn)行多自由度加我時，可按照附錄G的空間加我坐標(biāo)變換矩陣進(jìn)行笛卡爾坐標(biāo)

系和作動器坐標(biāo)系之間的變換。

6.4.5擬動力混合試驗(yàn)的加載應(yīng)符合下列規(guī)定：

a）采用試體實(shí)測變形或荷載作為控制的反饋信號；

b）反力系統(tǒng)應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度，變形一般不超過1/2000的跨度或高度。

標(biāo)引序號說明：

I反力墻：

2---反力臺座:

3---作動器：

4——反力架：

5---試件：

6—剛曾：

7——隨動裝置.

圖6反力架配合作動器的邊界協(xié)調(diào)加載簡化方法

標(biāo)引序號說明:

1反力堵；

2反力臺座:

3——作動器；

4—試件：

5—剛惜。

圖7反力臺座配合作動器的邊界協(xié)調(diào)加載簡化方法

「,，“」I/

標(biāo)引序號說明：

1反力墻：

2反力臺座；

3——作幼器：

4一四連桿加載裝置:

5——隨動裝置：

6---試件：

7---千斤頂。

圖8四連桿配合作動器對墻體的邊界協(xié)調(diào)加載簡化方法

6.5誤差來源及分析

6.5.1擬動力混合試驗(yàn)誤差主要來自于時間積分方法誤差、模型簡化誤差、邊界協(xié)調(diào)簡化誤差、試驗(yàn)

加載控制與測量誤差等。

6.5.2邊界協(xié)調(diào)簡化誤差主要來芻于邊界條件變化對子結(jié)構(gòu)力學(xué)特征的影響。

6.5.3試驗(yàn)加載誤差主要來源于加載控制系統(tǒng)的控制誤差、加載反力系統(tǒng)造成的各種非線性影響和約

束系統(tǒng)的摩擦力等，應(yīng)滿足下列條件：

a）加載系統(tǒng)的實(shí)際變形控制相對誤差最大允許值為預(yù)測最大位移的±1%：

b）加載系統(tǒng)的實(shí)際荷載控制相對誤差最大允許值為預(yù)測最大荷載的±1%；

c）宜采用線性修正的方式修正加載誤差：

d）反力系統(tǒng)和約束系統(tǒng)的摩擦系數(shù)不超過0.01。

6.5.4在擬動力混合試驗(yàn)中，應(yīng)對儀表布置、支架剛度、荷載最大輸出量、限位等采取減小試驗(yàn)系統(tǒng)

誤差的措施。

6.6試瞼步驟

擬動力混合試驗(yàn)應(yīng)按4.4進(jìn)行，并應(yīng)符合下列規(guī)定：

a）根據(jù)子結(jié)構(gòu)力學(xué)特征確定邊界協(xié)調(diào)的實(shí)施方案；

b）對擬動力混合試驗(yàn)開展數(shù)值仿真，其試驗(yàn)子結(jié)構(gòu)模擬應(yīng)符合加栽條件，并反映邊界協(xié)調(diào)的實(shí)

施過程，數(shù)據(jù)交換應(yīng)依托實(shí)際的硬件設(shè)備。

7實(shí)時混合試驗(yàn)

7.1一般要求

7.1.1對于率效應(yīng)顯著的速度相關(guān)型試件，應(yīng)采用實(shí)時混合試驗(yàn)以準(zhǔn)確反映試件的力學(xué)性能。

7.1.2數(shù)值子結(jié)構(gòu)應(yīng)實(shí)時計算，聚證與試驗(yàn)子結(jié)構(gòu)加載的同步，可采用簡化模型以滿足計算效率要求。

7.1.3實(shí)時混合試驗(yàn)中的試驗(yàn)子結(jié)構(gòu)具備下列條件：

a）采用具備實(shí)時反饋控制系統(tǒng)及動態(tài)作動靜的加載設(shè)備對試件進(jìn)行實(shí)時加載：

b）宜采用變形控制加我，荷載控制加載時應(yīng)采用專門措施；

c）反力系統(tǒng)應(yīng)具有足夠的剛度，自振頻率應(yīng)不小于作動器油柱共振頻率的2倍。

7.1.4實(shí)時混合試驗(yàn)的加載方法應(yīng)符合下列規(guī)定：

a）積分步長不小于加載系統(tǒng)采樣周期2倍時，應(yīng)在每個積分時間步內(nèi)分子步加我，可采用對目標(biāo)

位移線性插值方法；

b）積分步長小于加載系統(tǒng)采樣周期2倍時，可每積分步發(fā)送一次命令。

7.2求解算法

7.2.1實(shí)時混合試驗(yàn)的動力平衡方程可根據(jù)實(shí)時加載要求參考附錄E選擇顯式方法進(jìn)行求解.

7.2.2當(dāng)選擇隱式積分方法時，可采用等效力控制方法求解，具體步驟包括：

a）采用時間積分方法將動力平衡方程寫成式（1）的等效靜力形式：

b）將式（1）右側(cè)的等效力作為加載目標(biāo)量進(jìn)行控制加載，并求解結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)：

(1)

式中:

4“——第i+1步的位移向量，單位為米（m）;

FEQM——第N1步的混合體系等效力，單位為牛頓（N）：

K、——數(shù)值子結(jié)構(gòu)剛度矩陣，單位為牛頓每米（N/m）；

%—試驗(yàn)子結(jié)構(gòu)反力，單位為牛頓（N）：

%——數(shù)值子結(jié)構(gòu)靜反力，單位為牛頓（N）：

匕“——第i+1步的速度向量，單位為米每秒（m/s）。

c）力-位移轉(zhuǎn)換系數(shù)可由數(shù)值子結(jié)構(gòu)初始剛度、試驗(yàn)子結(jié)構(gòu)初始剛度和擬動力剛度計算確定，并

在試驗(yàn)過程中保持不變；

d）等效力控制器可采用比例-積分控制器或滑動模態(tài)控制器；

e）應(yīng)依據(jù)試件性能將等效力命令進(jìn)行插值，以真實(shí)反映率效應(yīng)相關(guān)試件性能。

7.3設(shè)備性能要求

7.3.1實(shí)時混合試驗(yàn)一般采用動態(tài)作動器進(jìn)行加載，動態(tài)作動器工作頻率不宜低于20Hz,時滯不宜

超過30ms,加栽速率應(yīng)滿足試驗(yàn)率效應(yīng)需求。

7.3.2加載系統(tǒng)傳感器變形測量相對誤差最大允許值為示值的±1%,荷載測量相對誤差最大允許值為

示值的±1%。

7.3.3實(shí)時混合試驗(yàn)宜采用實(shí)時環(huán)境求解數(shù)值子結(jié)構(gòu)，并實(shí)現(xiàn)與控制器的實(shí)時同步數(shù)據(jù)傳輸。

7.3.4實(shí)時混合試驗(yàn)的測量系統(tǒng)應(yīng)符合4.6.2的規(guī)定。

7.4邊界協(xié)調(diào)方法

7.4.1實(shí)時混合試驗(yàn)邊界協(xié)調(diào)方法可按6.4實(shí)施。

7.4.2實(shí)時混合試驗(yàn)邊界協(xié)調(diào)方法宜簡單有效，避免作動器由于過約束或相互干涉影響加我系統(tǒng)的穩(wěn)

定性。

7.5時滯補(bǔ)償

7.5.1實(shí)時混合試驗(yàn)應(yīng)考慮時滯的影響，依據(jù)系統(tǒng)性能進(jìn)行時滯補(bǔ)償，使其滿足穩(wěn)定性和精確性要求,

可按附錄H進(jìn)行穩(wěn)定性分析

7.5.2系統(tǒng)時滯的確定可采用離線方法估計定常時滯，采用在線方法估計變化時滯。

7.5.3常用的時滯補(bǔ)償方法包括：多項(xiàng)式外插補(bǔ)償、逆模型補(bǔ)償、自適應(yīng)時間序列時滯補(bǔ)償，具體步

驟參見附錄I,并符合下列條件：

a）多項(xiàng)式外插補(bǔ)償?shù)碾A數(shù)宜不大于4,多項(xiàng)式系數(shù)應(yīng)根據(jù)實(shí)測時滯設(shè)定；

b）逆模型補(bǔ)償應(yīng)防止高頻放大造成的失穩(wěn)；

c）時滯變化的加載系統(tǒng)宜采用自適應(yīng)時滯補(bǔ)償算法提高補(bǔ)償效果，可選用自適應(yīng)時間序列時滯

補(bǔ)償方法”

7.6誤差來源及分析

7.6.1實(shí)時混合試驗(yàn)時，應(yīng)減小式驗(yàn)加載誤差的影響，宜考慮時間積分方法、模型簡化誤差、邊界協(xié)

調(diào)簡化誤差影響。

7.6.2實(shí)時混合試驗(yàn)應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)評價試驗(yàn)時滯，時滯計算可采用頻域評價或互相關(guān)評價指標(biāo)。當(dāng)

互相關(guān)評價指標(biāo)為。時，應(yīng)采用頻域評價指標(biāo)進(jìn)行補(bǔ)充計算。

7.6.3宜采用均方根誤差和峰值誤差評價實(shí)時混合試驗(yàn)加載準(zhǔn)確性。

7.6.4實(shí)時混合試驗(yàn)容許誤差應(yīng)艱據(jù)結(jié)構(gòu)的重要性、試驗(yàn)子結(jié)構(gòu)的比例、加載設(shè)備精度、試驗(yàn)條件等

因素確定，時滯不宜超過10ms,均方根誤差不宜超過15%,峰值誤差不宜超過5%。

7.7試驗(yàn)步驟

實(shí)時混合試臉應(yīng)按4.4進(jìn)行,并符合下列規(guī)定：

a）根據(jù)子結(jié)構(gòu)力學(xué)特征確定邊界條件的實(shí)現(xiàn)方案；

b）實(shí)時混合試驗(yàn)前，應(yīng)進(jìn)行數(shù)值仿真，根據(jù)動力加載裝置的實(shí)測傳遞函數(shù)確定合適的時滯補(bǔ)償

方法和控制參數(shù)，當(dāng)試體具有強(qiáng)烈非線性時，宜采用自適應(yīng)控制技術(shù)；

c）將數(shù)值子結(jié)構(gòu)的計算程序從宿主機(jī)編譯至目標(biāo)機(jī)，數(shù)值模型應(yīng)在規(guī)定時步內(nèi)完成計算；

d）開展預(yù)試驗(yàn)，計算試驗(yàn)時滯，并分析時滯影響：

e）實(shí)施過程中，宜根據(jù)作動器的輸入信號與反饋信號的異常值判斷是否立即停止試驗(yàn)。

8振動臺混合試驗(yàn)

6.1一般要求

8.1.1振動臺混合試驗(yàn)采用地震模擬振動臺對試驗(yàn)子結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)時動力加載，其余部分作為數(shù)值子結(jié)

構(gòu)進(jìn)行模擬計算，可應(yīng)用于包括地基?結(jié)構(gòu)相互作用、多跨結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)、軌道交通列車?橋梁系統(tǒng)動

力相互作用、調(diào)諧減震建筑結(jié)構(gòu)動力分析等場景。

8.1.2振動臺混合試驗(yàn)系統(tǒng)由振動臺物理加載子系統(tǒng)、數(shù)值仿真計算子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與傳輸子系統(tǒng)

三個子系統(tǒng)組成，如圖9所示。

（振動白物理加載子系”

宿主機(jī)數(shù)值子結(jié)構(gòu)

,振動臺挖制器

共享內(nèi)存卡

目標(biāo)機(jī)

共享內(nèi)存卡

數(shù)據(jù)采集與傳輸-SU-

數(shù)據(jù)票集計.算機(jī)

圖9振動臺混合試驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)成

8.1.3振動臺混合試驗(yàn)應(yīng)保證數(shù)道仿真的模擬精度和計算效率、振動臺的同步精確加載、試驗(yàn)子結(jié)構(gòu)

與數(shù)值子結(jié)構(gòu)邊界的數(shù)據(jù)采集與交互的實(shí)時性。

8.1.4振動臺應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)子結(jié)構(gòu)的尺寸、質(zhì)量以及試驗(yàn)要求選用。

8.1.5振動臺混合試驗(yàn)應(yīng)考慮振動臺加載誤差、試驗(yàn)了?結(jié)構(gòu)與數(shù)值子結(jié)構(gòu)邊界復(fù)現(xiàn)誤差的影響，根據(jù)

振動臺與試驗(yàn)子結(jié)構(gòu)特性進(jìn)行控制，使其滿足穩(wěn)定性和精確性要求。

8.1.6實(shí)時性難以滿足時可選用數(shù)值子結(jié)構(gòu)與試驗(yàn)子結(jié)構(gòu)迭代加我的離線迭代方法，如圖10所示。

圖10振動臺離線迭代混合試驗(yàn)基本流程

8.1.7振動臺混合試驗(yàn)的數(shù)值模型除應(yīng)符合5.2的規(guī)定，還符合下列規(guī)定：

a）不滿足實(shí)時計算要求的數(shù)值模型，選用計算任務(wù)分解策略、代理模型方法或并行計算，實(shí)現(xiàn)

數(shù)值實(shí)時計算；

b）數(shù)值模型積分步長大于控制信號采樣周期時，得到目標(biāo)量應(yīng)采用插值方法生成與控制信號采

樣周期一致的加載信號；

c）數(shù)值子結(jié)構(gòu)的模型參數(shù)選取應(yīng)接近于真實(shí)結(jié)構(gòu)參數(shù)，可使用模型在線更新算法對數(shù)值模型參

數(shù)進(jìn)行更新。

8.2求解算法

8.2.1振動臺混合試驗(yàn)的動力平衡方程可根據(jù)實(shí)時加載要求參考附錄E選擇顯式方法進(jìn)行求解

8.2.2時間積分方法宜選擇計算靖度高、穩(wěn)定性好、計算效率高、含有數(shù)值阻尼的算法。

8.3設(shè)備性能要求

8.3.1振動臺混合試驗(yàn)中使用的液壓振動臺、機(jī)械振動臺、電動振動臺應(yīng)分別滿足GB/T21116.

GB/T13309、GB/T13310中對設(shè)備性能的規(guī)定。

8.3.2振動臺的時滯宜小于50m$。

8.3.3振動臺混合實(shí)驗(yàn)宜采用實(shí)時環(huán)境求解數(shù)值子結(jié)構(gòu)，并實(shí)現(xiàn)與控制器的實(shí)時數(shù)據(jù)傳輸。

8.3.4振動臺混合試驗(yàn)的測量系統(tǒng)應(yīng)符合4.6.3的規(guī)定。

8.4邊界協(xié)調(diào)方法

8.4.1振動臺混合試驗(yàn)的數(shù)值子潔構(gòu)和試驗(yàn)子結(jié)構(gòu)的邊界應(yīng)通過振動臺臺面實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)和平衡條件.

8.4.2在水平單自由度振動臺混合試驗(yàn)中，數(shù)值子結(jié)構(gòu)與試驗(yàn)子結(jié)構(gòu)的交界面宜選取在只有平動位移,

而轉(zhuǎn)動位移可忽略的位置。

8.4.3在多自由度的振動臺混合拭驗(yàn)中，數(shù)值子結(jié)構(gòu)與試驗(yàn)子結(jié)杓的交界面宜根據(jù)振動臺的加載自由

度選擇，使交界面的主要位移響應(yīng)可在振動臺上實(shí)現(xiàn)。

8.4.4采用多個振動臺進(jìn)行振動臺混合試驗(yàn)時，數(shù)值子結(jié)構(gòu)與試驗(yàn)子結(jié)構(gòu)每個交界面參照8.4.2或

843選取位移并實(shí)現(xiàn)邊界條件。

8.4.5為實(shí)現(xiàn)邊界平衡條件，按下列規(guī)定選擇合適的反饋力測量方案：

a）試驗(yàn)子結(jié)構(gòu)的反饋力為振動臺內(nèi)置的測力計所測數(shù)據(jù)減去臺面慣性力：

b）當(dāng)試驗(yàn)子結(jié)構(gòu)較小時，可將試驗(yàn)子結(jié)構(gòu)安裝于輔助平臺上，并將該輔助平臺通過測力計固定

于振動臺的臺面，即可通過測力計測量試驗(yàn)子結(jié)構(gòu)的反力；；

c）對于試驗(yàn)子結(jié)構(gòu)復(fù)雜測力情況，可以采集易測響應(yīng)量通過實(shí)時反演算:法求解獲取反饋力：

d）必要時，可在試件與振動臺聯(lián)接處增加多向力傳感器，獲取垂向力和彎矩的反饋。

8.5時滯補(bǔ)償

應(yīng)根據(jù)振動臺試驗(yàn)系統(tǒng)的動力特性，參考7.5選擇合適的補(bǔ)償方法。

8.6誤差來源及分析

6.6.1振動臺混合試驗(yàn)的誤差主要包括時間枳分方法誤差、振動臺控制誤差、數(shù)值子結(jié)構(gòu)建模誤差和

子結(jié)構(gòu)之間邊界協(xié)調(diào)誤差。

8.6.2測量邊界協(xié)調(diào)物理量的傳感器，在試驗(yàn)前應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格標(biāo)定和校準(zhǔn)，保證試驗(yàn)的精度。

8.6.3試驗(yàn)誤差應(yīng)參考763和764進(jìn)行分析和評價。

8.7試驗(yàn)步驟

振動臺混合試驗(yàn)應(yīng)按4.4進(jìn)行，并符合下列規(guī)定：

a）振動臺混合試驗(yàn)前，應(yīng)注行數(shù)值仿真，根據(jù)動力加載裝置的實(shí)測傳遞函數(shù)確定合適的時滯補(bǔ)

償方法和控制參數(shù)，當(dāng)試體具有強(qiáng)烈非線性時，宜采用自適應(yīng)控制技術(shù)；

b）設(shè)計邊界反饋力測量方案，安裝力測量裝置：

c）將數(shù)值子結(jié)構(gòu)的計算程序從宿主機(jī)編譯至目標(biāo)機(jī)，數(shù)值模型應(yīng)在規(guī)定時步內(nèi)完成計算；

d）進(jìn)行預(yù)試驗(yàn)，計算試驗(yàn)時滯，并分析時滯影響；

e）按順序依次啟動：數(shù)據(jù)采集與傳輸子系統(tǒng)的程序、數(shù)值優(yōu)真計算子系統(tǒng)的程序、振動臺物理

加載子系統(tǒng)的程序；

f）混合試驗(yàn)結(jié)束時，按順序依次停止：振動臺物理加載子系統(tǒng)的程序、數(shù)值仿真計算子系統(tǒng)的程

序、數(shù)據(jù)采集與傳輸子系統(tǒng)的程序；

g）應(yīng)確保振動臺控制面板的超限緊急制動功能處于開啟狀態(tài)，以防止試驗(yàn)過程中因振動臺失穩(wěn)

導(dǎo)致的試驗(yàn)子結(jié)構(gòu)或儀器損壞；

h）實(shí)施過程中，應(yīng)密切關(guān)注振動臺的輸入信號與反饋信號，若出現(xiàn)異常應(yīng)立即停止試驗(yàn)。

9數(shù)據(jù)處理和試驗(yàn)報告

9.1數(shù)據(jù)處理

9.1.1應(yīng)對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，完整描述工程結(jié)構(gòu)在不同水準(zhǔn)地震下的行為表現(xiàn)，提供判斷工

程結(jié)構(gòu)抗震性能的技術(shù)依據(jù)。

9.1.2試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析前，應(yīng)對數(shù)據(jù)進(jìn)行下列處理：

a）根據(jù)傳感器的標(biāo)定值及應(yīng)變計的靈敏系數(shù)等對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正；

b）根據(jù)試驗(yàn)情況和分析需要，采用濾波處理、零均值化、消除趨勢項(xiàng)等減小測量誤差的措施。

9.1.3應(yīng)對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行圖形處理，各圖形應(yīng)考慮計入結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈塑性階段后各次試驗(yàn)依次產(chǎn)生生殘

余變形影響。主要圖形數(shù)據(jù)宜包括基底總剪力?頂端水平位移曲線圖、層間剪力-層間水平位移曲線圖、

試體各質(zhì)點(diǎn)的位移時程曲線圖和恢復(fù)力時程曲線圖、各地震水準(zhǔn)損傷分布圖、能力需求分析曲線圖。

9.1.4應(yīng)分析獲取各地震水準(zhǔn)結(jié)溝基底總剪力最大值、頂端水平位移最大值、層間位移最大值，并按

JGJ/T101-2015中5.4.2和5.4.3的規(guī)定獲取試體開裂、屈服、極限和破壞時的基底總剪力、頂端位移、

層間位移和相應(yīng)的最大地震加速度。

9.1.5振動臺混合試驗(yàn)采用白噪聲確定試體自振頻率和阻尼比時，宜通過自功率譜或傳遞函數(shù)分析求

得，試體振型宜通過互功率譜或傳遞函數(shù)分析確定。

9.1.6振動臺溫合試齡試體的位移響應(yīng)量官通過位移傳感器白接量取,也可對實(shí)測速度反應(yīng)時程進(jìn)行

積分求取絕對位移，但應(yīng)采用低頻特性良好的速度傳感器，并在積分前消除趨勢項(xiàng)和進(jìn)行濾波處理。

9.2試驗(yàn)報告

9.2.1應(yīng)明確指出試驗(yàn)?zāi)康?，包含檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)的抗震性能需求，在報告中應(yīng)對試驗(yàn)中得到的地震響應(yīng)量

進(jìn)行專項(xiàng)描述。

9.2.2應(yīng)詳細(xì)給出試驗(yàn)采用的地震動記錄信息，包括地震動時程、峰值強(qiáng)度、反應(yīng)譜、與設(shè)計反應(yīng)譜

的對比等。

9.2.3應(yīng)說明測試的地震動水準(zhǔn)、強(qiáng)度，以及試件的全部加載歷程。

9.2.4應(yīng)明確說明試驗(yàn)采用的數(shù)道算法及其參數(shù)，說明試驗(yàn)中的算法精度和誤差。

9.2.5應(yīng)包含試驗(yàn)設(shè)備信息，包格但不限于作動器精度、作動器能力、油源信息和加載架形式等。

9.2.6應(yīng)包含試驗(yàn)誤差分析。

9.2.7應(yīng)提供完整的加載數(shù)據(jù)和量測數(shù)據(jù)記錄，包括但不限于作動器的力、位移記錄，試件變形、應(yīng)

變記錄等。

9.2.8可參考附錄J進(jìn)行撰寫。

附錄A

（資料性）

試驗(yàn)子結(jié)構(gòu)相似律

A.1試驗(yàn)子結(jié)構(gòu)相似律應(yīng)符合下列規(guī)定：

a）縮尺模型按力學(xué)基本方程或量綱分析法建立相似律：

b）試驗(yàn)子結(jié)構(gòu)與數(shù)值子結(jié)構(gòu)在相似律上協(xié)調(diào)。

A.2采用縮尺模型的擬動力混合試驗(yàn)和實(shí)時混合試驗(yàn)的試驗(yàn)子結(jié)構(gòu)相似律宜根據(jù)表A.1選用，并應(yīng)符

合下列規(guī)定。

a）擬動力混合試驗(yàn)應(yīng)保證試驗(yàn)了?結(jié)構(gòu)基本力學(xué)特性的相似，實(shí)時混合試驗(yàn)和振動臺混合試驗(yàn)還

應(yīng)保證試驗(yàn)子結(jié)構(gòu)動力特性和動力荷載特性的相似。

b）人工模擬質(zhì)量的等效質(zhì)量密度的相似系數(shù)應(yīng)按式（A」）、（A.2）計算確定。

S'=03+Am（A.l）

Pp

仔-S,,）PP（A.2）

式中：

5；,——人工模擬質(zhì)量的等效密度相似系數(shù)：

3

Pim——人工模擬質(zhì)量施加于模型上的附加材料的密度，單位為千克每立方米（kg/m）；

3

Pom——模型材料的密度，單位為千克每立方米（kg/m）；

PP——原型材料的密度，單位為千克每立方米（kg/m3）：

S”——密度相似系額：

SE—彈性模量相似系數(shù)：

SL——幾何尺寸相似系數(shù)；

S八一密度相似系數(shù)。

表A.1擬動力混合試驗(yàn)和實(shí)時混合試驗(yàn)的試驗(yàn)子結(jié)構(gòu)相似律

試驗(yàn)子結(jié)和相似律

類型物理量

擬動刀混合試驗(yàn)實(shí)時混合試驗(yàn)

應(yīng)變S,11

2

應(yīng)力s<N/m)SES-

2

材料性能彈性模量SE(N/m)SESE

泊松比11

3

質(zhì)最密度Sp(kg/m)SE0S"L

幾何尺寸Sj(m)SLSL

幾何性能線位移Stl(m)SLSL

角位移S0<rad)11

S（m2）

面積A4sisi

集中荷載Sy（N）SES：s閭

線荷載S（N/m）S￡SFSL

荷載和內(nèi)力q

2

面荷我5A.<N/m）SESE

力矩SM（N-m）S局

時間S,（s）

頻率（Hz）“SL

2

動力特性重力加速度SK（m/s）1

速度Sv（m/s）瓦

2

加速度Sa（m/s）1

A.3振動臺混合試驗(yàn)的試驗(yàn)子結(jié)構(gòu)相似律符合下列規(guī)定。

a）當(dāng)模型與原型結(jié)構(gòu)在具有同樣重力加速度效應(yīng)的情況下進(jìn)行試驗(yàn)時，宜采用表A.2中彈塑性模

型相似律；實(shí)際試驗(yàn)時可采用人工質(zhì)量模擬的彈塑性模型，受振動臺承載能力限制時，可采用實(shí)用彈

塑性模型。

b）對于可忽略重力加速度影響的模型和只涉及彈性范圍工作的彈性模型，可采用表A.2中忽略重

力效應(yīng)的彈性模型的相似律。

表A.2振動臺混合試驗(yàn)的試驗(yàn)子結(jié)構(gòu)相似律

用人工質(zhì)量模擬的彈忽略重力效應(yīng)的彈性

類型彈塑性模型實(shí)用彈塑性模型

塑性模型模型

幾何尺寸SL及4及4

彈性模量SESESESESE

質(zhì)量密度s,,用0s0

時間S,&

頻率S/Js/既JSJS.S；

重力加速度限i111

位移與臬品臬SL

速度s“四四百JSE/S"

加速度S。?1S"SE/（S?）

應(yīng)力力SESESESR

應(yīng)變5,?111

力SFS3s&S用5閭

能量S&v5MSES：S閭5閭

附錄B

（資料性）

向量式有限元方法

B.1向量式有限元方法應(yīng)按卜列步驟進(jìn)行：

a）采用質(zhì)點(diǎn)點(diǎn)值描述待分析結(jié)構(gòu)參數(shù)：

b）采用途徑單元描述質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動軌跡；

c）采用虛擬的逆向運(yùn)動獲得單元純變形，并根據(jù)質(zhì)點(diǎn)位置向量計算單元內(nèi)力：

e）根據(jù)運(yùn)動控制方程計算下一時刻質(zhì)點(diǎn)位置向量，再利用該位置向量計算單元內(nèi)力：按此步驟

逐步循環(huán)直至計算完成。

B.2質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動控制方程按式（B.1）計鳧：

Ma=P-q（B.1）

式中：

M——質(zhì)量（慣性矩）矩陣，單位為千克或千克平方米（kg或kgmf）：

P----質(zhì)點(diǎn)所承受的外力合力（矩）向量，單位為牛頓或牛頓米（N或N-m）；

q----質(zhì)點(diǎn)的內(nèi)力合力（矩）向量，單位為牛頓或牛頓米（N或N?m）：

a——質(zhì)點(diǎn)的（角）加速度向量，單位為米每秒二次方或弧度每秒二次方（m/s?或rad"?）。

B.3考慮結(jié)構(gòu)自身阻尼為瑞利阻尼時，質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動控制方程和阻尼力按式（B.2）~（B.5）計算：

Ma=P?q-h(B.2)

fu=+c.Kv(B.3)

(B.4)

(B.5)

式中:

L—運(yùn)動過程中質(zhì)點(diǎn)的阻尼力（矩），單位為牛頓或牛頓米（N或N-m）：

K——單元的剛度矩陣，單位為牛頓每米（m）；

小、q—瑞利阻尼的質(zhì)量和剛度相關(guān)系數(shù)；

v——質(zhì)點(diǎn)的（角）速度向量，單位為弧度每秒或米每秒（rad/s或m/s）:

/、%----結(jié)構(gòu)的第〃I、〃階模態(tài)的圓頻率，單位為弧度每秒（rad/s）；

么、或——外、4對應(yīng)的模態(tài)阻尼，單位牛頓秒每米（Ns/m）；

L.t—結(jié)構(gòu)剛度相關(guān)的阻尼力（矩），單位為牛頓或牛頓米（N或N?m）；

Q.——第i步的質(zhì)點(diǎn)內(nèi)力（矩）向量，單位為牛頓或牛頓米（N或N.m）：

匕——第，步質(zhì)點(diǎn)的（角）速度向量，單位為弧度每秒或米每秒（rad/s或m/s）；

△/——數(shù)值積分計算步長，單位為秒（s）o

B.4不考慮阻尼項(xiàng)時，運(yùn)動控制方程的求解可采用中心差分方法，按式（B.6）~（B.8）計算：

d“尸Mi（「-4）”+24-d,T（B,6）

2

dt=rfo-Arv（1+-A/an(B.7)

21

a—（B.8）

匕

式中：

I—與質(zhì)點(diǎn)連接的若干結(jié)構(gòu)單元特征長度，單位為米（m）；

v（——軸力波在結(jié)構(gòu)單元內(nèi)的傳遞速度，單位為米每秒（m/s）；

M——臨界步長，單位為秒（s）；

匕一第i步的質(zhì)點(diǎn)外力（矩）向量，單位為牛頓或牛頓米（N或N,m）：

d,——第i步的質(zhì)點(diǎn)（角）位移向量，單位為弧度或米（rad或m）；

d0——初始時刻質(zhì)點(diǎn)的（角）位移向量，單位為弧度或米（rad或m）:

%——初始時刻質(zhì)點(diǎn)的（角）速度向量，單位為弧度每秒或米每秒（rad/s或m/s）；

——初始時刻質(zhì)點(diǎn)的（角）加速度向量，單位為弧度每秒二次方或米每秒二次方（rad/s2

°或mH）。

B.5靜態(tài)分析時，宜通過增設(shè)虛擬阻尼耗能或施加緩慢加載函數(shù)求得運(yùn)動控制方程的靜態(tài)解。

a）增設(shè)虛擬阻尼耗能時，虛擬阻尼力公式可按下式計算：

fd=^Mv（B.9）

式中：

廣—質(zhì)點(diǎn)的虛擬阻尼力（矩），單位為牛頓或牛頓米（N或N?m）：

<——任意取值的阻尼因子；

b）靜態(tài)分析或者考慮阻尼影響時，差分公式可按下式計算：

1

j=0時，rf.,=1-A/（1+4^0v（）+Ar1W（^）-^））（B.IO）

有時,%=鼻4一途d“+懸（B』2）

式中：

4——第-1步和第1步時間內(nèi)的質(zhì)點(diǎn)（角）位移向量，單位為弧度或米（rad或m）：

B.6結(jié)構(gòu)模態(tài)頻率（或周期）、模態(tài)振型和模態(tài)阻尼比，宜通過虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)技術(shù)獲得。

附錄C

（資料性）

模型在線更新混合試驗(yàn)方法

C.1在線模型更新混合試驗(yàn)方法原現(xiàn)如圖C.I所示，應(yīng)按下列步驟進(jìn)行：

a）將由積分方法計算得到位移命令4刈發(fā)送給試驗(yàn)加載系統(tǒng)完成對試驗(yàn)了?結(jié)構(gòu)加載并測量試驗(yàn)

子結(jié)構(gòu)恢復(fù)力北川和位移/網(wǎng)：

b）將位移命令媼J”輸入到假定數(shù)值模型模塊計算得到模型未更新數(shù)值子結(jié)構(gòu)恢復(fù)力晨，“：

c）將位移命令第3、試驗(yàn)子結(jié)構(gòu)恢復(fù)力r,“和位移d,?輸入到模型識別模塊得到試驗(yàn)子結(jié)構(gòu)模

型參數(shù)識別值，更新相應(yīng)數(shù)值子結(jié)構(gòu)模型參數(shù)，計算其恢復(fù)力大山。

d）重復(fù)步驟a）~c）,直至試驗(yàn)結(jié)束。

圖C.1在線模型更新混合試驗(yàn)方法示意圖

C.2可開展基于構(gòu)件、截面或材料本構(gòu)層次模型參數(shù)識別和更新的模型在線更新混合試驗(yàn)。

C.3基丁?雙線性模型的構(gòu)件層次模型在線更新混合試驗(yàn)按照下列步驟進(jìn)行。

a）在第i個時間步，應(yīng)采用數(shù)值枳分方法求解結(jié)構(gòu)運(yùn)動方程，獲取試驗(yàn)子結(jié)構(gòu)和數(shù)值子結(jié)構(gòu)第

i+l步位移。

b）應(yīng)將計算出的試驗(yàn)子結(jié)構(gòu)部分邊界自由度上的位移，發(fā)給連接試驗(yàn)子結(jié)構(gòu)的作動器進(jìn)行加載,

測量試驗(yàn)子結(jié)構(gòu)恢復(fù)力電卬和位移力網(wǎng)。

c）基于試驗(yàn)子結(jié)構(gòu)采用識別算法在線識別第/+1步試驗(yàn)子勢構(gòu)的雙折線模型參數(shù)，分別為：第

一剛度左山，第二剛度3“，屈服力&卬。

d）采用模型參數(shù)識別值在線更新數(shù)值子結(jié)構(gòu)相應(yīng)的模型參數(shù)。

e）將試驗(yàn)子結(jié)構(gòu)恢復(fù)力反饋給結(jié)構(gòu)運(yùn)動方程。

f）循環(huán)進(jìn)行步驟a）~e）,直至混合試驗(yàn)結(jié)束。

附錄D

（資料性）

在線數(shù)值模擬方法

D.1在線數(shù)值模擬方法應(yīng)按下列步驟進(jìn)行：

a）在第i個時間步，應(yīng)采用數(shù)值積分方法求解結(jié)構(gòu)運(yùn)動方程，獲取整體結(jié)構(gòu)動力自由度上的位移

向量《，并將其發(fā)送給整體結(jié)構(gòu)有限元模型中對應(yīng)的自由度；

b）應(yīng)利用整體結(jié)構(gòu)動力自由度的位移向量d,和上一積分步估計出的本構(gòu)模型參數(shù)對結(jié)構(gòu)整

體模型進(jìn)行一次非線性靜力分析，并將計算出的試驗(yàn)子結(jié)構(gòu)部分邊界自由度上的位移向量發(fā)給

連接試驗(yàn)子結(jié)構(gòu)的作動器：

c）作動器按位移d"驅(qū)動試件獲取實(shí)測的位移d,和反力「一，發(fā)送給識別模塊：

d）本構(gòu)模型參數(shù)在線估計片;

e）用參數(shù)￡更新整體有限元模型中本構(gòu)模型參數(shù)￡」，再次根據(jù)整體結(jié)構(gòu)模型的位移向量〃完成

一步靜力分析，并提取整體結(jié)構(gòu)模型相應(yīng)節(jié)點(diǎn)反力（返回時間積分模塊：

f）重復(fù)步驟a）~e）,直至試驗(yàn)結(jié)束。

D.2在線數(shù)值模擬方法可采用無跡卡爾曼漉波方法完成模型參數(shù)識別。

附錄E

（資料性）

時間積分方法

E.1時間積分方法可采用中心差分法、Newmark-方法、OS方法和實(shí)時子結(jié)構(gòu)OS方法等。

E.2中心差分法為顯式方法，其基本公式見式（E.1）~（E.4）：

+K&=/(E.I)

工一陽一冬）4一唔一務(wù)％

(E.2)

M,v[CN

A?"2Af

(E.3)

_