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关于试验自考开题报告范文 跟基于试验软件的土木本科拟动力试验教学方法方面论文如何写

主题:试验论文写作 时间:2024-01-11

基于试验软件的土木本科拟动力试验教学方法,本文是试验论文如何写跟本科和教学方法和土木方面毕业论文怎么写.

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摘 要:土木工程专业本科拟动力试验教学具有重要意义,并且具有理论性强、综合性强、课时少、重概念等特点.针对这些特点,设计了基于混合试验软件HyTest的“课堂讲解”—“现场演示”—“模拟操作”一体化教学方案.实践表明该方案能取得较理想的教学效果.

关键词:教学方法;土木工程试验;拟动力试验;试验软件

中图分类号:G642.423 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2017)50-0143-03

一、引言

土木建筑结构既是人们日常生活、生产的环境基础,也是灾害中人们生命财产安全的保障.因此,结构的力学性能和工作性能分析是土木工程专业重要课题之一.土木材料如混凝土、砌块等具有强非线性,并且结构形式多样、常常具有大量冗余自由度,使得土木结构的力学性能分析既是非常重要的工作,也是难以完成的工作.鉴于此,土木建筑试验在整个土木工程学科知识体系中具有重要地位.土木工程试验,贯穿学生专业知识学习全程,更是贯穿未来职业工作的方方面面.

地震是威胁建筑结构安全的重要因素之一,建筑结构抗震试验方法的教学与知识传授,对构建学生专业知识体系、培养分析问题能力具有重要意义.作为三大抗震试验技术之一的拟动力试验,具有加载设备要求低、能直接获得结构地震响应过程等突出优势,在抗震试验方法中占据重要地位.同时,该方法涉及实验加载设备、控制技术、数值分析方法、数据采集等环节,完整、全面介绍此类内容在当前现有课时安排下无法完成,学生更是无法在短时间内接受如此丰富的内容.本文借助混合试验软件,以概念传授为本,对该内容的教学方法进行了初步探讨.

二、拟动力试验方法的基本原理

拟动力试验方法是以静载试验加载速度实施、以获取结构地震反应为目的、试验机和计算机联机完成的动载试验方法,也称联机试验方法.该方法的理论基础,是结构地震反应的时程分析法.地震作用下结构的运动微分方程为

Ma+Cv+R(d)等于-MIag (1)

其中M、C、R分别为结构质量矩阵、阻尼矩阵和恢复力向量;d、v、a分别为结构位移、速度、加速度向量;I是所有元素为1的列向量,ag为地震动.对运动方程(1)进行数值求解,就可得到结构的地震响应,如结构最大位移、最大加速度等.不过,在数值求解之前需要建立各部分的数值模型.由于土木材料具有强非线性,难以建立准确的恢复力模型,也就是说R(d)与真实情况可能差别较大.一种解决办法是,对质量和阻尼部分建立数值模型,对恢复力部分采用真实试件进行模拟.具体而言,对以二阶微分方程描述的数值部分采用逐步积分算法求解,对真实试验部分采用液压伺服控制系统进行加载,如图1所示.以常用的显式Newmark法为例,其对应的时间离散运动方程和算法假定可以表示为

其中下标i表示第i次采样,下标E表示试件,Δt表示积分步长.假设第i步的位移、速度和加速度均已知,则可根据公式(3)得到第i+1步的位移;把该位移发送给作动器进行加载,实现之后采集试件反力,即得RE(di+1);再联立求解公式(2)和(4),即可得第i+1步的速度和加速度,从而完成该步的所有计算.采用显式Newmark法的拟动力试验的主要步骤见表1.

三、拟动力试验教学的特点

由前述拟动力试验方法的原理可见,拟动力试验教学具有如下特点:

1.理论性强:拟动力试验方法以结构地震时程分析为基础,涉及结构模型简化、结构建模、数值分析方法等内容.部分内容在本科阶段仅点到为止,部分内容是研究生阶段的课程,有些内容即使在博士阶段也不会讲授.

2.综合性强:拟动力试验涉及模型相似、数据采集、数据处理、液压伺服加载等内容,是其他章节内容的大演练、大综合.而液压伺服加载系统相关内容,在其他试验方法中很少涉及.

3.课时少:教学改革不断压缩教学课时,使得《建筑结构试验》课程本身的课时有限,能分给拟动力试验部分内容的课时更少.我们能够分配给该部分内容的课时通常是2课时课堂教学和1课时演示试验.

4.重概念:前三个特点决定了本部分内容的教学效果更强调原理、概念和基础知识,而不对细节面面俱到.

鉴于该部分课程的特点,如何在有限的课时内充分吸引学生注意力,快速传授相关知识和概念,并为感兴趣的同学提供进一步提高的机会,是本部分内容教学亟待解决的问题.

四、混合试验软件HyTest

混合试验软件HyTest是一款用于土木工程领域混合试验的软件,支持全结构拟动力试验、基于静力子结构的混合试验,既能完成本地混合试验也能完成网络混合试验.为了实现与常用的MTS加载系统通信,HyTest采用VB COM对控制软件进行二次开发,具备发送命令、保存数据、坐标变换、网络通信等功能.HyTest主要包括三大组成部分(如图2所示)———协调器、试验控制系统接口程序Connector和数值模拟接口.协调器用于求解结构运动方程,协调与同步各部分的信息,控制试验进程.Connector负责把协调器求解的位移发送给MTS控制系统进行加载,并把加载之后获得的试件反力反馈给协调器.在不连接MTS控制系统时,Connector还能根据设定的试件刚度计算试件反力,从而能够与协调器一起模拟拟动力试验过程.数值接口程序既可完成层剪切型结构模型反力计算,也可用于与有限元软件OpenSEES、ABAQUS通信.

五、拟动力试验教学方法初探

鉴于拟动力试验教学的特点,在实践中以混合试验软件HyTest为载体,采用“课堂讲解”—“现场演示”—“模拟操作”相结合的教学方法.具体而言,在课堂上介绍拟动力试验方法的基本原理、基本步骤及数据处理,并介绍HyTest的架构及操作.在实验室中,以钢结构柱的拟动力试验(见图3)为例,介绍整个试验系统,包括试验软件HyTest、MTS控制软件、作动器、油源、水箱、分油器、传感器、采集系统等,并现场操作HyTest软件,完成建模、刚度模拟、拟动力试验整个过程.课后作业是“单自由度结构地震分析拟动力试验HyTest模拟”,即采用HyTest软件在不连接MTS加载系统的情况下模拟试验过程.

该部分内容的教学设计,抛弃了空洞说教,使理论和方法变成了摸得着看得见的实物,并且能够亲自操作,亲身感受,其教学效果理应更加理想.从学生反馈来看,该方法实施后学生积极性提高了,教学效率也提高了,收到了较理想的成效.

六、总结

结合本科拟动力试验内容教学的特点,设计了基于混合试验软件HyTest的“课堂讲解”—“现场演示”—“模拟操作”一体化教学方案.实践表明该方法能取得较理想的教学效果.

本文结束语,上述文章是关于本科和教学方法和土木方面的相关大学硕士和试验本科毕业论文以及相关试验论文开题报告范文和职称论文写作参考文献资料.

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