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雷伊大学

实现高大炮台实时混合仿真领域的突破

在Lehigh大学与Servotest,自然灾害工程研究基础设施(NHERI)实验设施(EF)的合作开发了一个MATLAB®和模拟®基于算法并部署到SpeedGoat硬件,执行由风或地震力激发的高层建筑的实时混合模拟。

“来自Speedgoat的解决方案已经朝着Nherri Lehigh实验设施的复杂实时混合模拟成功。”

Lehigh大学的Nherri Lehigh研究科学家Thomas M. Marullo

成功的故事

NSF资助的NHERI Lehigh EF是一个世界一流的开放式设施,使研究人员能够解决与社区恢复力挑战有关的基础研究问题。该设施的实验资源提供了进行研究减轻自然灾害的影响的方法,包括地震和风力。Lehigh University是用于执行大规模的多向实时混合模拟的世界顶级设施,将物理实验与基于计算机的模拟相结合,以评估大规模组件和系统的性能。

该人可以在物理实验和基于计算机的模拟之间创建所需的联系,托马斯·玛丽洛,Nheri Lehigh研究科学家在Lehigh,旨在设计矩阵周围的集成控制和Pulsar数字控制系统,建立灵活的外环控制,这对实现至关重要使用Simulink实时目标系统的尖端实时混合仿真算法。

HybridFem-MH的实时混合模拟

在实时混合模拟中,结构系统被分为实验(物理)和分析(数值)子结构。物理子结构描述了不能以所需的精度在数字上以数字方式建模的所有组件,而数值子结构需要整个系统的所有剩余非物理组件。通过使用直接集成算法将动作方程集成在实时的方程来模拟完整混合系统的动态响应。优选具有无条件稳定性和可控数值阻尼的显式积分算法。有两个主要因素:它们不需要迭代以满足均衡,数值阻尼可以消除初始模式的任何虚假参与。

HybridFem-MH的实时混合模拟

为了整合运动方程,需要了解分析和实验子结构在模拟的每次步骤结束时恢复力。分析子结构的恢复力从状态确定过程数量地获得,而实验下部结构的那些实际测量,实际上是实时的。为了正确地获得这些时间步骤的解决方案,Nheri Lehigh团队需要确定性实时计算环境。在过去的十年中,他们开发了算法并将它们实施到了程序Hybridfem-MH中,促进了Simulink环境中的非线性结构有限元分析(FEA)。这些计算使用SpeedGoat实时硬件中的Simulink实时软件执行。

分析子结构的恢复力从状态确定过程数量地获得,而实验下部结构的那些实际测量,实际上是实时的。为了正确地获得这些时间步骤的解决方案,Nheri Lehigh团队需要确定性实时计算环境。

在过去的十年中,他们开发了算法并将它们实施到了程序Hybridfem-MH中,促进了Simulink环境中的非线性结构有限元分析(FEA)。这些计算使用SpeedGoat实时硬件中的Simulink实时软件执行。

教育

项目发展与未来努力

结合Servotest的液压执行器和Pulsar数字控制系统,通过Speedgoat硬件实现与Lehigh的MATLAB/ Simulink开发的实时链接,该团队能够加快其实时计算能力的开发和实施,以及伺服液压执行器和先进阻尼系统的实时自适应控制。

2012年,该团队达到了其实时数值模型的极限,以创建分析子结构,并实时集成运动方程,因此购买了第二个性能实时目标机器。这使得Nheri Lehigh EF能够在目标机器之间实施并行处理。

为了追求涉及地震和风灾害的高度复杂的3D实时混合模拟,NHERI LEHIGH EF投资了另一台性能实时目标机器,具有最新的多核CPU技术。

项目发展与未来努力

项目发展与未来努力

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随后,该团队利用Speedgoat硬件的性能,对配备非线性流体粘性阻尼器的40层高楼进行了大量的3D实时混合模拟。

此外,它们通过创建Lehigh实时网络 - 物理结构系统实验室扩展了NHERI Lehigh EF的能力,该伺服液压致动器的降低的实验室以及专用于传导网络的Tolomatic RSA电动致动器。物理,结构化系统研究。随着Servotest数字控制系统的成功,Lehigh购买了第二个系统来控制MTS和Tolomatic致动器,产生同时液压和电动执行器控制的组合。

即使实时混合模拟领域仍处于起步阶段,该项目即使通过使用直接传感器反馈和物理组件的实际非线性FEA结合物理系统的建立的理解,该项目也标志着该领域的突破。

NHERI LEHIGH EF团队,由梁曹博士,NHERI LEHIGH研究科学家和他们的同事通过扩大设施的网络物理能力以及大容量的土壤结构相互作用进一步通过扩大该设施的网络物理功能来进一步参加此工作流程测试基础架构。

利用机器学习与在线模型更新算法中实现的Simulink,NHERI Lehigh EF计划扩展其实时FEA的数值建模功能,以便于模拟更大,更复杂的系统及其组件。


研究

该设施由詹姆斯·汉博士(Lehigh大学)结构工程师教授詹姆斯·罗布斯博士指导。

伯利恒帕,美国

lehigh.designsafe-ci.org

www.rtmd.lehigh.edu.

www.servotestsystems.com.

图片:Thomas Marullo

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