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研究生: 李明鴻
Li, Ming-Hung
論文名稱: 應用快速擬動態試驗技術於線性 含斜撐框架動態反應之模擬與試驗
Application of Real-Time Pseudodynamic Testing Technique in Testing of Braced Portal Frame System
指導教授: 朱世禹
Chu, Shih-Yu
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 土木工程學系
Department of Civil Engineering
論文出版年: 2006
畢業學年度: 94
語文別: 中文
論文頁數: 179
中文關鍵詞: 即時擬動態試驗結構實驗時間延遲補償記憶體共享光纖網路平行運算
外文關鍵詞: Time-delay Compensation, Real-time Pseudodynamic Testing, Shared Common RAM fiber optical network system
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  • 隨著材料科學進步,目前許多隔減震系統已應用了阻尼器等構件,這些構件之反
    力和反應速度相關,傳統擬動態試驗技術往往無法滿足此類速度相依型構件試驗的需
    求。為了發展即時擬動態試驗,本文中除了說明目前常使用之數值方法及所需之開發
    軟體外,主要之重點是以國立成功大學土木工程學系之萬能試驗機INSTRON 8800進行即時擬動態試驗。為了實現這樣的技術,使用NI-PCI6031E訊號擷取卡來做為溝通的媒介,並以SCRAMNet+SC150e PCI 卡預先模擬試驗時可能會發生的情形。
    本研究中利用所介紹之軟硬體,應用了MATLAB之Simulnk工具箱配合自行撰寫的S-function之Newmark外顯法模塊來進行即時擬動態試驗,文中考慮油壓系統或AD/DA卡所產生的時間延遲之影響,並利用相位角補償法修正回饋增益來降低時間延遲的影響,考慮門型含線性彈簧斜撐之框架系統,在較容易掌控的線性範圍內,以INSTRON 8800進行初步的即時擬動態試驗,瞭解INSTRON 8800的硬體設備特性後,以便未來進行非線性結構擬動態實驗時,能有所突破。
    即時擬動態試驗之相關領域還有許多待發展的空間,除了需要土木背景之開發人
    才外,還需電機、機械和訊號處理等其他領域之配合。目前我們所發展的系統未來能
    快速結合油壓伺服系統、並和資料處理系統進行整合。並期望能於此平台上執行相關
    之結構分析軟體,如OpenSees 等來達到結構分析領域的新紀元。

    The real-time pseudodynamic test is a combination of numerical analysis and experimental test that can emulate the dynamic behavior of structures under environmental loading such as seismic in time domain. The speed and quality of information communication between numerical model and experimental measurements will dominate the results of test. A real-time pseudodynamic testing simulator is proposed based on a pair of shared common RAM network hardware connected by fiber-optic cables. The dynamic response of a portal frame with linear spring as its diagonal bracing is verified experimentally by applying proposed real-time pseudynamic testing technique via the INSTRON 8800 material testing machine.

    目錄 論文摘要 III ABSTRCT IV 誌謝 V 表目錄 IX 圖目錄 X 第1章 緒論 1 1.1 介紹 1 1.2 記憶體共享光纖網路設備之使用與擬動態實驗的使用現況 3 1.3 文獻回顧 4 1.4 研究內容 5 第2章 即時擬動態試驗數值積分方法 8 2.1 傳統擬動態試驗簡介 8 2.2 即時擬動態試驗簡介 9 2.3 數值積分法 10 2.3.1 逐步積分法的種類 10 2.3.2中央差分法 11 2.3.3 ZOH狀態空間法 12 2.3.4 FOH狀態空間法 14 2.3.5Newmark Explicit 17 2.4 NEWMARK外顯法與狀態空間之比較 19 2.4.1 輸入力為連續函數正弦波 21 2.4.2 輸入力為地震加速度 22 2.5 其他誤差來源 24 2.5.1 時間延遲在輸入力為正弦波與地震力之影響 24 2.5.2 穩定性分析 25 2.5.2.1 子結構與主結構所佔比例之分析 26 2.5.2.2 改變時間延遲進一步證明穩定分析 28 2.5.2.3穩定分析之結論 28 2.5.3結論 29 第3章 實驗相關軟硬體介紹 57 3.1 SCRAMNET與INSTRON 8800硬體設備之軟體需求 57 3.1.1 MATLAB 57 3.1.2 Simulink 58 3.1.3 Real –Time Workshop (C程式碼產生器) 58 3.1.4 xPC 59 3.1.5 S-Function 59 3.1.6 Newmark外顯法模塊介紹 60 3.1.7 數位低通濾波器 63 3.2 記憶體共享光纖網路平行運算的介紹 65 3.3 數位/類比訊號轉換擷取卡(NATIONAL INSTRUMENT PCI-6031E) 66 3.4 INSTRON 8800實驗設備 66 3.4.1 INSTRON 8800拉伸判斷試驗 67 3.4.2使用xPC作業系統控制INSTRON 8800 68 3.5 AUTO TUNING 69 3.5.1 以方波來測試Auto Tunning之效果 69 3.5.2 計算時間延遲與INSTRON 8800的轉換函數 70 3.5共同接地對訊號的影響 74 3.6 INSTRON 8800在不同電壓縮放因子(SCALING FACTOR)設定下訊號的影響 74 3.7 INSTRON 8800對於訊號傳送與接收之容忍範圍的測試 76 3.8實驗的試體 78 3.9模擬雜訊影響之擬動態實驗 78 第四章 時間延遲對擬動態實驗之影響 111 4.1 S-FUNCTION之驗證 111 4.2結構系統模型之建立 112 4.2.1單自由度系統模型之建立 113 4.2.2門型含斜撐框架數學模型 114 4.3 時間延遲的修正 115 4.3.1 相位補償法於擬動態試驗之應用 116 4.4 利用SCRAMNET即時擬動態試驗模擬器模擬INSTRON 8800之擬動態實驗 117 4.4.1 單自由度彈簧系統之即時擬動態模擬實驗 118 4.4.2 單自由度彈簧系統在地震力下的影響 119 4.4.3門型含斜撐框架擬動態實驗 120 4.5考慮雜訊影響之擬動態模擬實驗 121 4.5.1 單自由度彈簧系統在輸入力為連續函數正弦波下的影響 122 4.5.2單自由度彈簧系統在輸入力為地震力下的影響 122 4.5.3門型含斜撐框架擬動態實驗 123 4.6 模擬結果討論 124 第五章 門型含斜撐框架之快速擬動態試驗 146 5.1 INSTRON 8800進行門型含斜撐框架擬動態實驗 146 5.2 利用即時擬動態試驗輸出與輸入訊號識別時間延遲 147 5.2.1 Newmark外顯法應用於門型含斜撐框架擬動態實驗 147 5.2.2 FOH離散狀態空間法應用於門型含斜撐框架擬動態實驗 148 5.2.3 ZOH離散狀態空間法應用於門型含斜撐框架擬動態實驗 149 5.2.4 即時擬動態實驗之速度與加速度 150 5.3 應用SCRAMNET即時擬動態進行重複驗証測試 151 5.3.1 沒有考慮雜訊影響 151 5.3.2考慮雜訊影響與頻率轉換函數之影響 152 5.3 結論 153 第六章 結論與建議 174 6.1 結論 174 6.2 建議 175 6.3 未來展望 175 參考文獻 176

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    下載圖示 校內:立即公開
    校外:2006-07-26公開
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