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基于openfresco-LabVIEW-dSpace的混合试验系统研究

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工程力学 2013年第3期30卷 417-423页

作者：许国山郝伟陈永盛吴斌欧进萍哈尔滨工业大学土木工程学院哈尔滨150090 华润(大连)有限公司大连116000 大连理工大学辽宁大连116024

openfresco软件使很多通用有限元软件成功应用于混合实验中,大大提高了混合实验结果的精度。openfresco相当于接口软件,能够与多种实验控制相连建立混合实验系统。该文选用OpenSees做为有限元分析软件、LabVIEW作为实验控制目标、dSpac... 详细信息

openfresco软件使很多通用有限元软件成功应用于混合实验中,大大提高了混合实验结果的精度。openfresco相当于接口软件,能够与多种实验控制相连建立混合实验系统。该文选用OpenSees做为有限元分析软件、LabVIEW作为实验控制目标、dSpace作为实验控制器建立了一套混合实验系统,并通过混合模拟和混合试验验证所建立混合试验系统的有效性和精度。研究结果表明:有限元软件OpenSees、接口程序openfresco、实验控制LabVIEW、控制器dSpace之间的通讯性能满足混合实验的要求,试验系统具有较好的稳定性和精度。

关键词：混合试验 openfresco LabVIEW OpenSees dSpace

基于openfresco平台混合试验时长研究

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工程科学与技术 2020年第4期52卷 124-131页

作者：杨澄宇蔡雪松马原驰袁勇同济大学土木工程防灾国家重点实验室上海200092 同济大学地下建筑与工程系上海200092 广东省交通规划设计研究院股份有限公司广东广州510507

混合试验为结构抗震研究领域提供了一种创新性的试验研究手段。在混合试验中,试验时长主要取决于数值子结构计算耗时、数据通讯耗时、作动器加载耗时3大因素。不同种类的积分方法的选择以及数值模型的差异,都会导致试验耗时不同,甚至影... 详细信息

混合试验为结构抗震研究领域提供了一种创新性的试验研究手段。在混合试验中,试验时长主要取决于数值子结构计算耗时、数据通讯耗时、作动器加载耗时3大因素。不同种类的积分方法的选择以及数值模型的差异,都会导致试验耗时不同,甚至影响混合试验的加载精度。openfresco是当前较为通用的一种实现混合试验的平台,但基于openfresco平台的以混合试验时长为重点的研究尚不充分。以单层单跨框架模型为分析对象,取钢柱构件为试验子结构,根据时长试验结果系统研究影响混合试验时长的因素。对试验数据进行分析可知,积分方法、模型复杂程度、加载步长是影响混合试验时长的主要因素。根据不同积分方法、模型复杂程度、加载时长等工况进行试验,得到试验时长与试验精度的关系。结果表明:基于openfresco平台的混合试验,宜采取显式积分方法或者固定迭代次数Newmark方法,数值模型应进行适当简化以提高试验精度。

关键词：混合试验试验时长 openfresco 积分方法试验精度

基于有限元软件OpenSees和openfresco的混合试验

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土木工程学报 2012年第S1期45卷 36-41页

作者：许国山郝伟陈永盛吴斌哈尔滨工业大学黑龙江哈尔滨150090 华润(大连)有限公司辽宁大连116000

为提高混合试验中数值子结构的计算精度,可以采用有限元软件进行模拟。本文将有限元软件OpenSees引入混合试验中以提高数值子结构的模拟精度。项目主要研究基于有限元软件OpenSees和接口软件openfresco、试验控制LabVIEW/dSPACE建立的... 详细信息

为提高混合试验中数值子结构的计算精度,可以采用有限元软件进行模拟。本文将有限元软件OpenSees引入混合试验中以提高数值子结构的模拟精度。项目主要研究基于有限元软件OpenSees和接口软件openfresco、试验控制LabVIEW/dSPACE建立的两套混合试验系统,并通过混合试验验证所建立混合试验系统的有效性和精度。研究结果表明:数值子结构计算内核OpenSees、接口程序openfresco以及试验控制LabVIEW/dSPACE之间具有良好的通讯性能,能够满足混合试验的要求;两套混合试验系统具有较好的稳定性和精度。

关键词：混合试验 OpenSees openfresco dSPACE LabVIEW

基于MTS加载系统及openfresco网络平台的远程协同子结构拟动力试验方法研究

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地震工程与工程振动 2018年第2期38卷 115-120页

作者：马磊隋龑强一王亚明西安建筑科技大学土木工程学院陕西西安710055 土木工程国家级实验教学示范中心陕西西安710055 陕西省结构与抗震重点实验室陕西西安710055 土木工程国家级虚拟仿真实验教学示范中心陕西西安710055

西安建筑科技大学结构与抗震实验室和新疆大学结构实验室合作,以一个两层三跨钢框架结构为试验对象,进行了国内首例跨省远程协同子结构混合仿真拟动力试验。试验结果表明:openfresco网络平台通讯性能良好,数据远程传输消耗时间可忽略;... 详细信息

西安建筑科技大学结构与抗震实验室和新疆大学结构实验室合作,以一个两层三跨钢框架结构为试验对象,进行了国内首例跨省远程协同子结构混合仿真拟动力试验。试验结果表明:openfresco网络平台通讯性能良好,数据远程传输消耗时间可忽略;通过两所大学实验室测得的力、位移、加速度等试验数据的对比分析,表明该试验系统具有良好的精确性及稳定性;通过openfresco网络平台,能够准确远程控制异地实验室的MTS试验系统进行协同工作,从而完成结构简单的子结构混合仿真拟动力试验,为下一步进行大型、复杂结构的子结构混合仿真拟动力试验提供了必要的理论和实践基础。

关键词：远程协同子结构混合仿真拟动力试验 openfresco OpenSees Navigator

基于openfresco的非线性子结构拟动力试验方法研究

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基于OpenFresco的非线性子结构拟动力试验方法研究

作者：姚尧南京工业大学

学位级别：硕士

随着土木工程结构向着复杂化、大型化的方向发展,对结构试验的方法尤其是抗震试验方法的要求也变得越来越高。子结构拟动力试验方法又称混合试验方法,是抗震试验方法中较为新型的试验方法,也是目前国内外研究的热点课题。本文是利用美... 详细信息

随着土木工程结构向着复杂化、大型化的方向发展,对结构试验的方法尤其是抗震试验方法的要求也变得越来越高。子结构拟动力试验方法又称混合试验方法,是抗震试验方法中较为新型的试验方法,也是目前国内外研究的热点课题。本文是利用美国加州大学伯克利分校研究开发的openfresco软件,对采用非线性子结构的混合试验方法展开应用研究。目前针对该课题的研究在国内并不常见,尤其是该试验方法在非线性试验子结构的应用上仍存在很多问题有待完善。例如在进行混合试验的过程中,选用何种数值积分算法能尽可能地保证非线性子结构的试验精度;设置什么样的试验参数才能保证试验系统的稳定;如何模拟试验子结构的边界条件以达到对整体结构的准确分析。根据这些存在的问题,本文主要完成了下列几个方面的工作：(1)讨论了混合试验方法的试验原理。介绍了几种数值积分算法并针对本次试验选择了合适的数值积分算法。对混合试验系统的各个组成部分进行了介绍并给出了一些使用的注意事项。(2)用有限元软件sap2000对两种带粘滞阻尼器的三层单跨钢结构框架模型进行了建模和有限元分析。(3)对三层单跨钢结构框架进行了混合模拟仿真,验证混合试验系统的可行性和稳定性。(4)对粘滞阻尼器进行了拟静力试验,得到其材料抗震性能的试验结果,为下一步混合试验和分析提供了准确的参数。(5)将粘滞阻尼器作为试验子结构,根据阻尼器的位置不同,对上述三层单跨钢结构框架建立四种试验模型,分别进行了混合试验。(6)进行了粘滞阻尼器的拟静力试验结果与混合试验结果对比分析：有限元数值模拟结果与混合试验的结果的对比分析;阻尼器布置在不同结构层的混合试验结果的对比分析。最后分析了产生误差的原因,提出相应的解决方案。

关键词：混合试验非线性子结构 openfresco OpenSees 控制系统MTS

基于openfresco软件的混合试验方法

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基于OpenFresco软件的混合试验方法

作者：郝伟哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

混合试验方法能够使用较小的成本更加真实模拟大型复杂结构的抗震性能,因此在结构抗震试验研究中扮演着越来越重要的角色。通常情况下会选择简单的线性模型对数值子结构进行模拟,当结构在强震下出现非线性时,这种方法显然难以保证精度... 详细信息

混合试验方法能够使用较小的成本更加真实模拟大型复杂结构的抗震性能,因此在结构抗震试验研究中扮演着越来越重要的角色。通常情况下会选择简单的线性模型对数值子结构进行模拟,当结构在强震下出现非线性时,这种方法显然难以保证精度的要求。一种有效的方法是在混合试验中引入专业有限元分析软件以提高数值子结构的计算精度,进而提高混合实验的精度。因此,本文主要研究基于有限元软件OpenSees和接口软件openfresco的混合试验方法,并通过混合模拟和混合实验验证所建立混合试验系统的有效性和精度。主要研究内容如下: 1.建立基于openfresco的OpenSees-dSpace混合试验系统和OpenSees-Labview-dSpace混合试验系统,并介绍试验系统的应用方法。研究结果表明:通过openfresco软件能够将有限元软件OpenSees引入到混合实验之中,并能与实验控制系统dSpace和Labview进行数据通信,建立混合试验系统。 2.通过混合模拟验证两套混合试验系统的通讯性能。研究结果表明:数值子结构内核OpenSees、接口程序openfresco以及控制系统dSpace或Labview之间具有良好的通讯性能,能够满足混合实验的要求。 3.通过混合实验验证两套混合试验系统的稳定性和精度。单层钢框架结构的混合实验结果表明:两套试验系统都达到了较高的精度;由于目标位移传输误差的引入,使得OpenSees-Labview-dSpace试验系统的精度稍差于OpenSees -dSpace试验系统。三层钢框架结构的混合实验结果表明:OpenSees-dSpace试验系统和OpenSees-Labview-dSpace试验系统能够很好的协调工作完成多个试验子结构的混合实验,而且实验结果具有很好的精度。

关键词：混合试验 openfresco OpenSees dSpace Labview

基于openfresco的远程协同试验方法的研究

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基于OpenFresco的远程协同试验方法的研究

作者：李雁军哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

结构试验在结构工程与地震工程研究领域,均占有相当重要的角色,在结构抗震性能的研究方面表现得尤为突出。地震机制和结构抗震性能的复杂性,以及结构工程技术的日益复杂,都使结构试验面临更大的挑战—复杂化、大型化、实时化,这样使得... 详细信息

结构试验在结构工程与地震工程研究领域,均占有相当重要的角色,在结构抗震性能的研究方面表现得尤为突出。地震机制和结构抗震性能的复杂性,以及结构工程技术的日益复杂,都使结构试验面临更大的挑战—复杂化、大型化、实时化,这样使得要完成试验就要进行试验资源的整合与共享,计算机的普及与互联网技术的发展为此提供了很好的物质基础。远程协同结构试验正是基于这种情况提出的,是目前国际土木工程界研究的热点前沿课题。目前,美国加州大学伯克利分校开发了基于openfresco的远程协同试验系统,搭建了一个网络协议平台,并将数值模拟程序以及试验控制系统整合在一起。其中,数值模拟程序采用了OpenSees专用有限元分析软件。本文从应用的层面上对OpenSees的钢筋、混凝土材料,基于刚度法和柔度法的非线性梁柱单元以及纤维有限元模型进行了详细阐述,对三层钢筋混凝土框架进行了地震反应分析,为拟进行的远程协同试验建立了理论模型。openfresco远程协同试验系统将数值模拟程序与试验控制系统相连,进行网络的混合试验。本文对openfresco系统中的试验单元以及试验单元边界条件的模拟,试验设备及其与控制系统的信号变换进行了研究,并对局域网内与互联网内的基于openfresco远程协同试验分析方法进行了讨论,探索了openfresco远程协同试验系统应用于真实物理试验的可行性。最后,为以后进行真实的基于openfresco的网络协同试验,本文利用加入了基于Matlab图形处理环境的有限元分析程序OpenSees Navigator,对实验室的三层钢框架进行了有限元分析,并对其进行了局域网内的基于openfresco的远程协同试验仿真,通过与真实试验的对比,验证了分析程序的合理性及可靠性,为进行下一步的理论分析和真实的远程协同试验提供了必要的理论基础。

关键词：远程协同试验 OpenSees openfresco OpenSees Navigator

基于MTS━openfresco的远程协同混合试验方法研究

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基于MTS━OpenFresco的远程协同混合试验方法研究

作者：王亚明西安建筑科技大学

学位级别：硕士

远程协同混合试验是一种新型的结构抗震试验方法，该方法利用网络技术将分布于不同地域的试验资源连接起来，建立一种网络化的协同试验系统，以便进行大尺寸、复杂建筑结构的混合试验。此方法是目前土木工程试验领域的热点课题，国内外... 详细信息

远程协同混合试验是一种新型的结构抗震试验方法，该方法利用网络技术将分布于不同地域的试验资源连接起来，建立一种网络化的协同试验系统，以便进行大尺寸、复杂建筑结构的混合试验。此方法是目前土木工程试验领域的热点课题，国内外多个科研院所对其进行了基础性研究。本文基于MTS电液伺服控制系统及openfresco网络试验平台，使用OpenSees有限元分析软件，对远程协同混合试验的基本原理及其在建筑结构中的应用展开研究，主要内容如下：（1）介绍了远程协同混合试验基本原理及其系统组成，讨论了混合试验中数值积分算法的选取及加载控制方法，阐述了openfresco网络试验平台与不同有限元软件的连接方式，以及该平台与MTS电液伺服控制系统的应用程序编程接口;（2）设计了一个两层单跨钢框架结构，通过局域网进行了远程控制混合试验，试验结果表明：当地震激励较大时，计算子结构的线性、非线性定义对试验结果影响较大;通过对试验中OpenSees的“实验单元”输出结果与对应测点实测结果的比较，验证了在局域网中进行远程控制混合试验的可行性;（3）阐述了远程协同混合试验模型在OpenSees Navigator中的建模及参数选取，就加载过程中试验子结构边界条件的模拟及转换过程进行讨论，并详细地分析了远程试验系统网络的建立过程;（4）西安建筑科技大学和新疆大学合作，基于一个局部两层三跨的钢框架模型，在互联网中进行了远程协同混合试验，试验结果表明：试验时数据传输消耗时间占整个试验时间的比例很小，openfresco试验平台具有良好的通讯性能;通过对试件的力、位移、加速度等参数的对比分析，验证了该试验系统的精确性和稳定性，并对误差进行分析，提出了相应的解决方案。

关键词：远程协同混合试验子结构 openfresco OpenSees MTS控制系统

Structural Finite Element Software Coupling Using Adapter Elements

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Computer Modeling in Engineering & Sciences 2019年第9期120卷 719-737页

作者： Andreas H.Schellenberg Yuli Huang Stephen A.Mahin Senior Engineer Maffei Structural EngineeringSan FranciscoCA 94111USA Senior Structural Analyst ArupSan FranciscoCA 94111USA

This paper describes a versatile and computationally efficient method for coupling several finite element analysis(FEA)programs together so that the unique modeling and analysis capabilities of each code can be utilized simultaneously to simulate the static or dynamic response of a complete numerical system.An arbitrary number of finite element analysis software packages can be coupled by adding two special types of elements,namely generic and adapter elements,to each of the finite element applications using their programming interface.These elements are inserted at the interfaces between the different sub-domains of the complete system modeled by each finite element analysis software package.Exchange of data between the coupled FEA codes is accomplished in a modular and synchronized manner using openfresco(Opensource Framework for Experimental Setup and Control).openfresco is an objectoriented,environment independent software framework initially developed for hybrid simulation in which certain aspects of a complete structure are simulated numerically and other aspects are simultaneously tested physically.An important practical advantage of this coupled analysis approach is that all of the connected FEA codes run concurrently and continuously,decreasing analysis time consumption by an order of magnitude or more compared to more traditional approaches that shut down and restart the coupled analysis codes at each integration time step.The implementation and accuracy of this approach to FE software coupling are demonstrated using dynamic analyses of three simple structural models from the field of earthquake engineering.

关键词： Software coupling co-simulation adapter element openfresco