面向大型复杂结构的实时子结构试验方法及其关键技术的基础研究

With the increasing experimental requirement of large-scale complicated structures, e.g. high-rise, long-span and smart structures, Real-Time Substructring Testing (RTST) is under rapid development. But its application to complex structures raises research challenges, such as computational efficiency, stability, actuator delay assessment and compensation, error propagation, etc. With this in mind, the project will take RTST of large-scale complex structures as the research object; employ Coupled Integration Method to combine numerical integration, adaptive control and delay compensation together; rely on previous research achievements to develop the RTST-required methods for system identification, delay assessment and error estimation methods; and finally propose a novel and systematical RTST method. Based on theoretical analysis, numeriical simulations and experimental validation, this project attempts to study the stability and the error propagation properity of the proposed method in order to improve the reliability of RTST and its applicability to complex structures. The research renders significant theoretical and practical values for promoting the applications of novel structures, novel materials and novel seismic techniques and the development of testing methods.

随着工程领域高耸、大跨及智能结构等大型复杂结构试验需求的增加，实时子结构试验近年来得到快速的发展。然而进行复杂结构的实时子结构试验还存在一些亟待解决的难题，如计算效率、稳定性、作动器的时滞估计和补偿、误差累积等问题。为此，本项目以大型复杂结构的实时子结构试验为研究对象，采用耦合积分方法把其中的数值积分、自适应控制和时滞补偿统一起来，并结合现有的研究成果给出试验所需要的系统识别、时滞估计和误差估计方法，形成一套系统的实时子结构试验方法。在此基础上，通过理论分析、数值模拟和试验验证对该试验方法的稳定性及误差累积特性进行深入研究,最终达到提高实时子结构试验可靠性及其在复杂结构上适用性的目标。本项目对于促进新型结构、新型材料和新型抗震技术的应用及推动试验科学的发展都具有重要的参考价值。

本项目采用理论分析、数值模拟和试验研究相结合的方法，研究基于耦合积分方法的实时子结构试验方法，旨在通过耦合积分方法把实时子结构试验中的数值积分、自适应控制和时滞补偿整合为一体。首先，对现有的耦合积分方法进行深入分析，提出适于实时子结构试验的耦合积分方法，并对其稳定性和精度进行系统的分析；然后根据实时子结构试验原理和耦合积分方法的计算格式，提出集数值积分和时滞补偿为一体的实时子结构试验方法；最后，在MTS动态伺服系统上构建了实时子结构试验系统，设计了试验模型，进行了系统的论证试验。本项目从数值积分方法和并行计算的角度提出了数学上提高实时子结构试验稳定性和可靠性的方法，为进行实时子结构试验提出新的思路。本项目还对于促进新型结构、新型材料和新型抗震技术的应用具有重要的参考价值。