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伪动态(PSD)测试 - 非线性结构动力学技术

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由:Haseeb贾马尔/在:2017年7月07/实验室便笺实验
伪动态(PsD)测试设备

PDT是一种子结构技术,包括将缓慢变化的力施加到结构模型。在试样中观察到的运动和变形用于推断模型在实际地震期间暴露的惯性力。Takanashi [TA 75]起源于日本的伪动态测试(也称为计算机致动器在线测试或混合试验)的概念。从那时起,许多研究人员开发了概念并验证了这种方法的适用性。静态测试简单,相对便宜,并且不需要非常特殊的设备类型。

然而,在测试前必须确定位移历史,这是该测试技术的主要局限性。同样,应用的循环位移历史可能不包括结构在动力作用下所承受的位移范围。

伪动态测试的基本概念是使用每次步骤中的实验结果计算动态响应。在分析过程中,计算机在时间步骤中计算结构响应(位移)。

对求解运动方程所需要的惯性力和阻尼力进行了解析建模。计算机在计算出特定时间步长的结构位移后,以电子方式将结果提供给执行器系统。在实验过程中,作动器控制系统施加计算出的位移,测量并将恢复力R(t)返回给计算机。根据测量数据,计算机可以计算出下一个时间步长的响应。采用这种反馈方法,无需振动台试验装置即可获得非线性非弹性动力响应。这个反馈的流程如下图所示。

伪动力试验(PsD)地震工程

该方法难以理想的是无限度自由度作为几种自由度。但是,它可以使用静态测试设备进行动态测试,吸引许多研究人员。由于无弹性变形和结构材料的损坏,该过程自动占滞后阻尼,这通常是能量耗散的主要来源。惯性力不是在实验生产的并且在数值上进行建模。这消除了在实时刻度进行测试,并且允许仅使用相对适度的液压功率要求测试的非常大的结构模型。

桥梁的伪动态试验

PsD检测的优缺点:

比实验室本身更大的结构,如桥梁、塔等,也可以通过利用子结构技术的PDT方法进行测试。这一程序仅对结构的最关键部分进行实验测试,并让结构的其余部分进行分析建模。

这种技术在准静态测试上的另一个主要优点是使用伪动态测试已知的“子结构化”的特殊程序。利用这种技术,研究人员只能测试结构的一部分。其余的结构可以在主计算机上进行分析建模。例如,人们可以在主机上分析模拟桥式甲板,并且可以通过伪动态测试设施对桥接码头进行测试(上面的图像)。这节省了与测试工作相关的大量成本和时间。

PsD测试技术的一个主要缺点是需要花费大量的时间来进行实验。这主要是由于计算机硬件求解运动方程以确定位移和控制系统执行计算位移所需要的时间。用这种技术模拟持续20秒的地震需要数小时。因此,对加载速率敏感的结构(如砌体结构)的响应测试结果变得有问题。

另一个缺点是,由于块状理想化,测试方法不适用于分布质量的结构,例如液压结构。为了测试这种类型的结构,需要一种精细的空间离散化,从而导致大量的执行器。这降低了测试对这种结构的有效性。该方法的适用性还依赖于对阻尼性的适当分配。已经观察到,基于系统的弹性特性的恒定阻尼矩阵导致不可预测的结果。

实时伪动态测试:

RTPD测试技术与PSD测试相同,除了它在实时进行。它介绍了控制中的问题,例如由数值模拟和执行器引起的延迟。

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