[发明专利]一种非线性模型线性化力修正迭代混合试验方法

说明书

一种非线性模型线性化力修正迭代混合试验方法，尤其涉及一种应用与试验加载部分具有可重复性的迭代混合试验方法，属于结构混合试验技术应用领域。目的是解决同时传统时程级迭代混合试验方法由于运动方程求解时试件反力与所求方程存在轮次差，导致迭代收敛速度慢的问题。本发明对整体结构划分试验子结构和数值子结构，同时根据先验知识，建立试验子结构线性数值模型。通过对整体结构进行数值计算得到试验子结构全时程响应，通过对试验子结构全时程伺服加载得到全时程反力，利用相邻两迭代轮次的试验子结构位移、速度响应带入假定线性化模型对反力进行力修正，并将修正力带入运动方程参与数值计算，提高运动方程求解精度，从而提高迭代收敛速度。

技术领域

一种基于非线性模型线性化力修正迭代混合试验方法，它涉及一种应用于试验加载部分具有可重复性的迭代混合试验方法，具体涉及领域包括但不限于土木领域、交通领域、桥梁领域、航天领域、机械领域等。例如该方法可以高速列车减振器力修正迭代混合试验，基于装备有各类阻尼器的混凝土结构的力修正迭代混合试验等。

背景技术

混合试验方法是一种结合真实试件物理加载与计算机数值模拟的新型抗震试验方法，通过对真实试件进行加载，能得到较为准确的试验结果，通过计算机数值模拟，能较大程度降低试验成本，提高试验的适用性，通过建立二者间的数据通信，进而进行实时计算。

由于大型复杂结构建模复杂，且数值计算积分步长较短，实时性较难实现。对于高速列车而言其建模自由度较高，因此实时计算也是较难实现。因此开发新型混合试验手段具有较为广泛的适用前景。

常规迭代混合试验存在问题，通常设定先对整体结构进行全时程数值计算，然后对试验子结构进行全时程加载，此过程作为迭代一轮。在进行下一轮迭代计算时，利用上轮加载得到的试验子结构全时程反力带入运动方程对下一轮试验子结构位移、速度响应进行计算，在迭代前期，上轮得到的试验子结构反力与下轮真实的试验子结构反力存在较大误差，这会降低运动方程的求解精度，导致迭代收敛速度缓慢，加载稳定性差。

发明内容

为了解决目前实时混合试验中数值子结构计算效率低，导致试验难以实现实时性，同时传统时程级迭代混合试验方法由于运动方程求解时试件反力与所求方程存在轮次差，导致迭代收敛速度慢的问题，本发明提出了一种非线性模型线性化力修正迭代混合试验方法，具体方案如下：

包括如下步骤：

步骤一，将整体结构划分为数值子结构和试验子结构，并分别建立数值子结构数值模型和试验子结构线性数值模型；

步骤二，输入结构响应初值和外部激励，对整体结构进行全时程纯数值计算，得到试验子结构全时程位移、速度响应；

步骤三，对试验子结构进行全时程伺服加载，得到试验子结构在对应位移、速度响应下的全时程反力响应；

步骤四，进入下一轮，逐步积分求解本轮的试验子结构位移和速度响应，最终得到运动方程为：

其中M_N、C_N、K_N分别代表数值子结构的质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵，X_N分别数值子结构的加速度向量、速度向量和位移向量，R_E为试验子结构反力向量，F为结构的外荷载向量，i为积分步数，N和E分别代表数值子结构和试验子结构，j为迭代轮次。

进一步地，在步骤四中，由式(1)可知，迭代混合试验方法在迭代过程中对第j轮次运动方程求解时，带入运动方程的试验子结构反力为j-1轮次加载得到的因此，将准确的数值带入运动方程，求解第j轮次的运动方程；

则第j轮次与第j-1轮次的第i步试验子结构反力差值为：

假设试验子结构的真实数值模型为Y，其为试验子结构的速度、位移函数，将公式(2)改写为：