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原文传递一种空间结构整体模型试验索力自平衡加载控制方法

专利名称：	一种空间结构整体模型试验索力自平衡加载控制方法
摘要：	本发明涉及一种空间结构整体模型试验索力自平衡加载控制方法，属于结构工程技术领域。所述方法是基于一个由试验模型、拉索、底盘梁、拉索位移加载装置与应变片测力板组成的一体化自平衡加载体系，是在一个由数据输入模块、加载模拟分析模块、位移加载控制模块、内力微调控制模块组成的加载控制系统中按照特定的步骤实现的。该方法适应性强，操作简单，适用于大型模型试验加载，且通过“位移加载—内力微调”的双重控制技术能够精确的实现预定的分级加载目标。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	清华大学
发明人：	郭彦林;王小安;窦超
专利状态：	有效
申请日期：	2009-06-26T00:00:00+0800
发布日期：	2019-01-01T00:00:00+0800
申请号：	CN200910087768.6
公开号：	CN101576444
分类号：	G01M19/00(2006.01)I
申请人地址：	100084北京市100084信箱82分箱清华大学专利办公室
主权项：	1、一种空间结构整体模型试验索力自平衡加载控制方法，其特征在于，所述方法基于一个由试验模型、拉索与底盘梁组成的一体化自平衡加载体系，是在一个由数据输入模块、加载模拟分析模块、位移加载控制模块、内力微调控制模块组成的加载控制系统中，按照下述步骤实现的：步骤(1)：组建一体化自平衡加载体系，包括试验模型、拉索、底盘梁、拉索位移加载装置以及应变片测力板；底盘梁与试验模型的底部连接，形成一个整体；拉索两端分别连接试验模型与底盘梁；步骤(2)：在计算机中设置四个模块：数据输入模块、加载模拟分析模块、位移加载控制模块、内力微调控制模块；其中加载模拟分析模块包含一个有限元分析软件包；步骤(3)：数据输入模块接收用户输入的分级加载方案数据，包括： 1)试验模型参数； 2)荷载分级的总级数：m； 3)拉索总数：n； 4)进行第K级加载时第i根拉索处需要施加的目标荷载，即目标索力：FK，i0；其中， K＝1，2，...，m，i＝1，2，...，n； 5)索力控制误差：e；步骤(4)：进行第1级加载，按下述步骤进行：步骤(4.1)：数据输入模块将第1级加载方案传送给加载模拟分析模块，包括：试验模型参数，第1级加载时各拉索所需要施加的目标荷载F1，i0，索力控制误差e；数据输入模块将第1级加载方案传递给加载模拟分析模块；步骤(4.2)：进行加载模拟分析，按下述步骤进行：步骤(4.2.1)：加载模拟分析模块接收数据输入模块传递的第1级加载方案，包括：试验模型参数，第1级加载时各拉索所需要施加的目标荷载FK，i0，索力控制误差e；步骤(4.2.2)：加载模拟分析模块调用有限元分析软件包进行有限元分析；首先加载模拟分析模块将第1级加载方案传递给有限元分析软件包，包括：试验模型参数，第1级加载时各拉索所需要施加的目标荷载F1，i0；步骤(4.2.3)：有限元分析软件包根据试验模型参数，建立起包含试验结构模型、拉索、底盘梁组件在内的一体化有限元模型；步骤(4.2.4)：有限元分析软件包将一体化有限元模型中的拉索单元去除，使拉索单元不参与计算，在拉索与结构模型、拉索与底盘梁连接处直接施加第1级目标荷载F1，i0；有限元分析软件包通过求解，得到第1级目标索力作用下对应的拉索两端缩短量Δ1，i0，并将其传送回加载模拟分析模块；步骤(4.2.5)：加载模拟分析模块接收有限元分析软件包传递的数据：Δ1，i0；加载模拟分析模块按下式计算出为了达到第1级目标索力各拉索所需要的总缩短量DK，i，其中EiAi代表第i根拉索的截面抗拉刚度，Li代表第i根拉索的长度，第1级加载时，K＝1： DK，i＝FK，i0Li/(EiAi)+ΔK，i0 步骤(4.2.6)：加载模拟分析模块按照下式计算为了达到第1级目标索力各拉索所需要增加的缩短量ΔDK，i，其中，第1级加载时，K＝1，DK-1，i＝0： ΔDK，i＝DK，i-DK-1，i 步骤(4.2.7)：有限元分析软件包将一体化有限元模型中的拉索单元恢复，使拉索单元参与计算；有限元分析软件包首先使各拉索单元均达到第1级目标内力水平，在此基础上对第 a根拉索施加单位长度的张拉误差；有限元分析软件包通过计算，得到第b根索的分级目标索力所受影响量为kba；按照矩阵的形式排列kba，形成误差影响矩阵Ke＝[kba]；有限元分析软件包将误差影响矩阵Ke传送回加载模拟分析模块；步骤(4.2.8)：加载模拟分析模块将部分数据传输给位移加载控制模块，包括：各拉索所需要增加的缩短量ΔDK，i；步骤(4.2.9)：加载模拟分析模块将部分数据传输给内力微调控制模块，包括：第1级加载的目标索力F1，i0，索力控制误差e，误差影响矩阵Ke；步骤(4.3)：进行位移加载，按下述步骤进行：步骤(4.3.1)：位移加载控制模块接收加载模拟分析模块传递的数据，包括：各拉索所需要增加的缩短量ΔD1，i；步骤(4.3.2)：位移加载控制模块控制拉索位移加载装置，将各拉索两端点间的长度缩短 ΔD1，i；步骤(4.4)：进行内力微调，按下述步骤进行：步骤(4.4.1)：内力微调控制模块接收加载模拟分析模块传递的数据，包括：第1级加载的目标索力F1，i0、索力控制误差e与误差影响矩阵Ke；接收应变片测力板传递的各根索的实际索力F1，i1；内力微调控制模块通过下式计算，得到目标索力与实际索力的误差ΔF1，i1： ΔF1，i1＝F1，i0-F1，i1；步骤(4.4.2)：内力微调控制模块进行如下判断：如果\|ΔF1，i1/F1，i0\|≤e对每一个i均满足，第1级加载完成，进入步骤(5)；否则，按下式计算出为修正第1级目标索力误差，各拉索长度所需要的变化量Δde，i1： [Ke]{Δde，i1}＝{ΔF1，i1} 步骤(4.4.3)：内力微调控制模块控制拉索位移加载装置进行第一次内力微调，拉索位移加载装置按照Δde，i1对各拉索两端点间的长度进行调整；步骤(4.4.4)：完成步骤(4.4.3)后，内力微调控制模块接收应变片测力板传递的各根索的实际索力F1，i2；内力微调控制模块通过计算得到目标索力与实际索力的误差：ΔF1，i2＝F1，i0 -F1，i2；之后重复步骤(4.4.2)～(4.4.4)，直至第p次微调内力后，\|ΔF1，ip+1/F1，i0\|≤e对每一个i均满足，进入步骤(5)；步骤(5)：重复步骤(4)，进行第2级加载，之后多次重复，直至完成第m级加载。
所属类别：	发明专利