[发明专利]一种调整模型动力相似关系的多次脉动法

说明书

本发明公开了一种用于调整模型动力相似关系的多次脉动法，其解决了现有技术中的小比例模型结构常见的模拟原型结构动力特性频率偏差的问题。本发明方法包括：确定模型结构与原型结构的初步相似关系，通过量纲分析法得到频率相似常数，对依据初步相似关系设计并制作的模型后进行多次脉动测试，根据每次的脉动测试结果不断调整模型结构的相似关系等步骤而逐渐逼近真值。本发明采用的多次脉动方法，通过对改变模型结构质量的多次脉动试验，分阶段对模型结构的相似关系进行调整，实现模型结构与原型结构动力特性的逐渐逼近相似，从而保证模型结构相关动力试验结果的可靠性。

技术领域

本发明涉及一种调整模型动力相似关系的多次脉动法，尤其适用于整体结构模型的动力加载试验，属于试验技术领域。

背景技术

目前，整体结构模型模拟地震振动台试验被广泛应用于结构的抗震性能评估。在模型结构试验中，相似关系的正确性是确保试验有效性的关键，只有在保证相似关系正确的前提下，模型试验研究才是有意义的。然而，由于振动台性能、模型材料的力学性能以及模型施工技术等原因的限制，实际制作完成后的模型结构的动力特性与试验预期往往会出现较大的偏差。其他动力加载试验也常有类似问题。动力特性相似常数的偏差将会进而影响结构加速度和位移反应，造成试验结构的偏差，降低试验结果的可靠度。

目前尚缺乏一种操作方便、有效的调整方法，通过调整模型结构，保证模型结构动力特性与预期相符。

发明内容

本发明的目的克服模型力学性能及模型施工技术等方面的局限性，提供了一种综合现场地脉动模态识别和有限元数值模拟技术的多次脉动法。该方法能够有效的识别模型结构动力特性参数，在不同阶段对模型结构作出及时修正，保证模型结构动力特性相似比。在同等试验条件下，该方法降低了试验的风险及相应成本，更加有效的保证了试验效率及试验结果可信度。

本发明提出的调整模型动力相似关系的多次脉动法，具体步骤如下：

(1)从原型结构有限元数值模拟的结果中提取原型结构的第一阶频率f^p，及其对应的质量m^p；其中，m^p＝G_e^p/g，G_e^p为原型结构的重力荷载代表值，g为重力加速度；

(2)按照原型结构的体量、振动台性能参数及可选用材料参数，所述体量为几何尺寸L^p、抗弯刚度k^p、质量m^p、频率f^p、力F^p、变形d^p、重力加速度g^p、时间t^p，所述振动台性能参数为加速度a^p，所述可选用材料参数为等效弹性模量E^p、等效应力σ^p、等效质量密度ρ^p。拟定模型结构初步相似关系，得模型结构与原型结构的频率相似常数S_f、刚度相似常数S_k，并根据频率相似常数S_f、刚度相似常数S_k推得模型结构频率f^m、模型质量m^m；