【摘要】：結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的地震評(píng)估方法一般有兩種：試驗(yàn)方法和數(shù)值模型方法。試驗(yàn)方法最能真實(shí)地反應(yīng)結(jié)構(gòu)在地震作用下的響應(yīng),然而試驗(yàn)往往受到試驗(yàn)設(shè)備能力和基金問題的限制；數(shù)值模型常限制于解決特定類型問題,且大部分情況下并不能捕捉到復(fù)雜的力學(xué)行為或失效模式。隨之發(fā)展的混合試驗(yàn)技術(shù)在一定程度上解決了上面的問題,混合試驗(yàn)將整體結(jié)構(gòu)分為數(shù)值子結(jié)構(gòu)和試驗(yàn)子結(jié)構(gòu),這種試驗(yàn)技術(shù)吸引人的地方在于對不同部分采用不同模型來完整表示整個(gè)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。因此,混合試驗(yàn)提供了一種有效并且經(jīng)濟(jì)的方法來進(jìn)行地震作用評(píng)估。試驗(yàn)方法的改進(jìn)往往對試驗(yàn)設(shè)備性能提出更高的要求。交流伺服系統(tǒng)相對于液壓伺服系統(tǒng),具有生產(chǎn)周期短、生產(chǎn)效率高、精度高、體積小和性能高等優(yōu)點(diǎn)。交流伺服電機(jī)能以較低的成本獲得極高的位置控制。本文的主要任務(wù)即以伺服電機(jī)為基礎(chǔ),搭建一套完整的電動(dòng)式疲勞機(jī)系統(tǒng),并在此基礎(chǔ)上初步完成混合試驗(yàn)研究。本文的研究工作包括：(1)搭建了一套電動(dòng)式疲勞機(jī)系統(tǒng),從電動(dòng)式疲勞機(jī)系統(tǒng)硬件和系統(tǒng)軟件兩大方面對其進(jìn)行分析、研究和設(shè)計(jì)。一套完整的電動(dòng)式疲勞機(jī)試驗(yàn)系統(tǒng)包括控制器、作動(dòng)器和傳感器等部分。本文研究設(shè)計(jì)的電動(dòng)式疲勞試驗(yàn)機(jī)控制器選用的是STM32F103芯片,作動(dòng)器為伺服電機(jī),并通過轉(zhuǎn)換裝置將伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)變?yōu)槠絼?dòng),傳感器主要是力傳感器。本文中研制的電動(dòng)式疲勞機(jī)具有體積小,精度高,方便操作等突出優(yōu)點(diǎn)。(2)采用MATLAB軟件編寫了一套上位機(jī)軟件程序。上位機(jī)軟件程序包括混合試驗(yàn)中數(shù)值計(jì)算和計(jì)算機(jī)與電動(dòng)式疲勞機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信,數(shù)值計(jì)算包括數(shù)值子結(jié)構(gòu)模型建立和數(shù)值積分算法,計(jì)算機(jī)與試驗(yàn)硬件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信主要是實(shí)現(xiàn)發(fā)送位移指令和接收傳感器采集的力數(shù)據(jù)。上位機(jī)軟件采用MATLAB編寫主要是由于MATLAB軟件相對其他軟件具有以下幾方面優(yōu)點(diǎn)MATLAB易于與實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有硬件設(shè)備連接,MATLAB的instrument工具箱保證了其與硬件設(shè)備的連接,且連接方式簡單穩(wěn)定；高效的數(shù)值計(jì)算及符號(hào)計(jì)算功能,開發(fā)者能輕松應(yīng)對各種復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算分析,節(jié)省大量時(shí)間；完備的圖形處理功能,開發(fā)者能實(shí)現(xiàn)計(jì)算結(jié)果和編程的可視化,對編程過程和結(jié)果處理更加直觀。(3)采用串口通信方式實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)軟件MATLAB與下位機(jī)單片機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信,為了使發(fā)送的位移指令和接收的力傳感器數(shù)據(jù)各自獨(dú)立,互不干擾,采用兩個(gè)不同串口分別發(fā)送位移指令和接收傳感器采集的數(shù)據(jù)。(4)在已搭建成的電動(dòng)式疲勞機(jī)基礎(chǔ)上完成了帶彈簧支撐的兩層鋼框架在三種不同荷載工況下的混合試驗(yàn),驗(yàn)證了整套系統(tǒng)的可行性和適用性。本文的創(chuàng)新之處在以伺服電機(jī)為基礎(chǔ)搭建起一套電動(dòng)式疲勞機(jī)系統(tǒng),并在此基礎(chǔ)上完成了帶彈簧支撐的兩層鋼框架混合試驗(yàn)。
[Abstract]:There are generally two methods for seismic evaluation of structural systems: experimental method and numerical model method. The test method can reflect the response of the structure under earthquake action most truthfully, however, the test is often limited by the ability of the test equipment and the fund problem. Numerical models are often limited to solving specific types of problems and in most cases cannot capture complex mechanical behaviors or failure modes. With the development of hybrid test technology, the above problems are solved to a certain extent. The mixed test divides the whole structure into numerical substructure and experimental substructure. The attraction of this experimental technique is that different models are used for different parts to represent the whole structural system. Therefore, the mixed test provides an effective and economical method for seismic assessment. The improvement of test methods often requires higher performance of test equipment. Compared with hydraulic servo system, AC servo system has the advantages of short production period, high production efficiency, high precision, small volume and high performance. Ac servo motor can obtain very high position control at low cost. The main task of this paper is to build a complete electric fatigue machine system based on servo motor, and on the basis of this, the mixed test research is preliminarily completed. The research work of this paper includes: (1) A set of electric fatigue machine system is set up, and it is analyzed, researched and designed from two aspects: hardware and software of electric fatigue machine system. A complete test system of electric fatigue machine includes controller, actuator and sensor. The controller of the electric fatigue testing machine is designed in this paper. The controller is STM32F103 chip, the actuator is servo motor, and the servo motor is rotated into translational motion by conversion device. The sensor is mainly force sensor. The electric fatigue machine developed in this paper has the advantages of small volume, high precision and convenient operation. (2) A set of upper computer software program is compiled with MATLAB software. The upper computer software program includes the numerical calculation in the mixed test and the data communication between the computer and the electric fatigue machine system. The numerical calculation includes the establishment of the numerical substructure model and the numerical integration algorithm. The data communication between the computer and the hardware system is mainly to transmit the displacement instruction and receive the force data collected by the sensor. The main reason why the upper computer software is written by MATLAB is that MATLAB software has the following advantages over other software: MATLAB is easy to connect with the existing hardware equipment in the laboratory, and the instrument toolbox of MATLAB ensures its connection with the hardware equipment. And the connection mode is simple and stable; Efficient numerical and symbolic computing functions, developers can easily deal with all kinds of complex mathematical analysis, save a lot of time; Complete graphics processing, developers can achieve the results of calculation and programming visualization, The programming process and the result processing are more intuitionistic. (3) the data communication between the upper computer software MATLAB and the lower computer single chip computer is realized by serial port communication. In order to make the displacement instructions sent and the force sensor data received independent, Do not interfere with each other, Two different serial ports are used to send displacement instructions and receive the data collected by the sensor. (4) the mixed test of the two-story steel frame with spring support under three different load conditions is completed on the basis of the built electric fatigue machine. The feasibility and applicability of the whole system are verified. The innovation of this paper is to build a set of electric fatigue machine system based on servo motor, and on this basis, complete the mixed test of two-layer steel frame with spring support.
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TU391

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本文編號(hào)：2320706