[发明专利]一种空间结构整体模型试验索力自平衡加载控制方法

权利要求书

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：F_K，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F_1，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F_K，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F_1，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，在拉索与试验模型、拉索与底盘梁连接处直接施加第1级目标荷载F_1，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Δ_1，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：Δ_1，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D_K，i，其中E_iA_i代表第i根拉索的截面抗拉刚度，L_i代表第i根拉索的长度，第1级加载时，K＝1：

D_K，i＝F_K，i⁰L_i/(E_iA_i)+Δ_K，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ΔD_K，i，其中，第1级加载时，K＝1，D_K-1，i＝0：

ΔD_K，i＝D_K，i-D_K-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级目标索力水平，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k_ba；按照矩阵的形式排列k_ba，形成误差影响矩阵K_e＝[k_ba]；有限元分析软件包将误差影响矩阵K_e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ΔD_K，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F_1，i⁰，索力控制误差e，误差影响矩阵K_e；

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ΔD_1，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ΔD_1，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F_1，i⁰、索力控制误差e与误差影响矩阵K_e；接收应变片测力板传递的各根索的实际索力F_1，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ΔF_1，i¹：

ΔF_1，i¹＝F_1，i⁰-F_1，i¹；

步骤(4.4.2)：内力微调控制模块进行如下判断：如果|ΔF_1，i¹/F_1，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Δd_e，i¹：

[K_e]{Δd_e，i¹}＝{ΔF_1，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Δd_e，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F_1，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：ΔF_1，i²＝F_1，i⁰-F_1，i²；之后重复步骤(4.4.2)～(4.4.4)，直至第p次微调内力后，|ΔF_1，i^p+1/F_1，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。