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論文中文名稱:載重不連續之平均值在擬動態實驗之應用 [以論文名稱查詢館藏系統]
論文英文名稱:Average of Load Discontinuity Values for Pseudodynamic Testing [以論文名稱查詢館藏系統]
院校名稱:臺北科技大學
學院名稱:工程學院
系所名稱:土木與防災研究所
畢業學年度:97
出版年度:98
中文姓名:陳頡
英文姓名:Chieh Chen
研究生學號:96428025
學位類別:碩士
語文別:中文
口試日期:2009-07-21
論文頁數:182
指導教授中文名:張順益
口試委員中文名:尹世洵;簡文郁
中文關鍵詞:擬動態實驗時間步長脈衝不連續
英文關鍵詞:pseudodynamic testtime stepdiscontinuity in impulse
論文中文摘要:結構系統離散後的運動方程式在不連續的外力作用下,用較大的時間步長進行逐步積分法時會導致振幅誤差產生,為了克服外力不連續所產生的振幅誤差,便採用較小的時間步長。採用較小的時間步長,經過逐步積分法計算出的位移增量也相對較小,雖然在數值模擬下可以得到十分可靠的結果,但在進行擬動態實驗時,一旦位移增量接近或是小於量測儀器解析度的範圍,就有可能造成誤差掩蓋位移增量,導致不正確的實驗結果。同時較小的時間步長,也會拉長實驗所耗費的時間。本研究提出了一個克服衝擊載重不連續的擬動態實驗技術,只需在逐步積分法運算時,將衝擊載重的不連續點取其平均值,就可以消除由於外力不連續所引起的振幅誤差,因此可取較大的時間步長來進行實驗以防止誤差掩蓋的產生,而且在計算上不會增加計算量,減少了實驗的時間。透過數值模擬與擬動態實驗的驗證,可以更確定此法能夠消除外力不連續所導致的誤差。
論文英文摘要:The discreted equation of motion under the discontinuous impulse with larger time step will lead to an amplitude distortion in the step-by-step integration. Meanwhile, a research found that the amplitude distortion arising from that discontinuity of impulse is proportional to the step size. In this case, we can reduce amplitude distortion by using the very small time step which can be a reliable aspect in numerically computing, but will cause an inaccurate result in the Pseudo dynamic Testing if the value of step increment is near or under the resolution of the measure system. In this research, the method is proposed to overcome the inaccuracy of discontinuity at the end of an impulse. As processing the step-by-step integration method, to replace the loading input by the average value of the two discontinuity value at the integration point of load discontinuity. Consequently, this method will not only increase no extra calculating in the step-by-step solution but also reduce the extra impulse and displacement to further confirm that it works in both the numerically simulating and the Pseudo dynamic Testing.
論文目次:目錄

中文摘要 I
英文摘要 II
誌 謝 III
目 錄 IV
表目錄 VI
圖目錄 VIII
第一章 緒 論 1
1.1研究動機與目的 1
1.2 文獻回顧 3
1.3 研究內容 4
第二章 取平均法 6
2.1逐步積分法 6
2.2 逐步積分法中衝擊載重不連續所引起的誤差 8
2.3 NEWMARK外顯式積分法穩定條件與精確度 8
2.4 取平均法的理論驗證 11
2.4.1 衝擊載重的結構動力理論解 11
2.4.2 衝擊載重的離散數值解 12
2.5 結果比較 14
第三章 數值模擬 18
3.1 數值釋例一 18
3.1.1 方案一、方案二與取平均法的比較 18
3.1.2 不同時間步長的比較 19
3.1.2.1上升三角形的衝載形式 19
3.1.2.2矩形衝載形式 20
3.1.2.3 下降三角形的衝載形式 20
3.2 數值釋例二 21
3.2.1 方案一、方案二與取平均法的比較 21
3.2.2 不同時間步長的比較 23
3.2.2.1上升三角形的衝載形式 23
3.2.2.2矩形衝載形式 23
3.2.2.3 下降三角形的衝載形式 24
3.2.3 不同的克服衝擊載重結束時不連續方法的比較 24
3.2.3.1上升三角形的衝擊載重形式 24
3.2.3.2矩形的衝載形式 25
3.2.3.3下降三角形的衝載形式 26
第四章 衝擊載重下之擬動態試驗 72
4.1 擬動態試驗誤差的來源 72
4.2擬動態試驗 74
4.3 擬動態試驗的流程 75
4.4 試驗儀器與設備 76
4.4.1 試驗裝置 76
4.4.2 控制系統與量測裝置 76
4.5 實際的擬動態試驗 77
4.5.1 試驗步驟 79
4.6 擬動態試驗結果 79
4.6.1 位移增量被試驗誤差掩蓋之試驗結果 80
4.6.2 單自由度線性反應 81
4.6.3 單自由度非線性反應 84
4.6.4 雙自由度線性反應 85
4.6.5 雙自由度非線性反應 87
第五章 結論與建議 179
5.1結論 179
參考文獻 181







表目錄

表3.1 上升三角形衝擊載重在不同方案與不同時間步長之外力衝量圖示表 27
表3.2 矩形衝擊載重在不同方案與不同時間步長之外力衝量圖示表 27
表3.3 下降三角形衝擊載重在不同方案與不同時間步長之外力衝量圖示表 28
表3.4 單自由度上升三角形衝擊載重相對振幅誤差比較表 29
表3.5 單自由度矩形衝擊載重相對振幅誤差比較表 30
表3.6 單自由度下降三角形衝擊載重相對振幅誤差比較表 31
表3.7 雙自由度系統受上升三角形衝擊載重相對振幅誤差比較表(頂層) 32
表3.8 雙自由度系統受上升三角形衝擊載重相對振幅誤差比較表(底層) 33
表3.9 雙自由度系統受矩形衝擊載重相對振幅誤差比較表(頂層) 34
表3.10 雙自由度系統受矩形衝擊載重相對振幅誤差比較表(底層) 35
表3.11 雙自由度系統受下降三角形衝擊載重相對振幅誤差比較表(頂層) 36
表3.12 雙自由度系統受下降三角形衝擊載重相對振幅誤差比較表(底層) 37
表3.13 雙自由度系統受上升三角形衝擊載重相對振幅誤差比較表(頂層) 38
表3.14 雙自由度系統受上升三角形衝擊載重相對振幅誤差比較表(底層) 39
表3.15 雙自由度系統受矩形衝擊載重相對振幅誤差比較表(頂層) 40
表3.16 雙自由度系統受矩形衝擊載重相對振幅誤差比較表(底層) 41
表3.17 雙自由度系統受下降三角形衝擊載重相對振幅誤差比較表(頂層) 42
表3.18 雙自由度系統受下降三角形衝擊載重相對振幅誤差比較表(底層) 43
表4.1 擬動態試驗表 90
表4.2 試體的H型鋼尺寸表 91
表4.3 單自由度系統受上升三角形衝擊載重之相對振幅誤差(線性) 91
表4.4 單自由度系統受矩形衝擊載重之相對振幅誤差(線性) 92
表4.5 單自由度系統受下降三角形衝擊載重之相對振幅誤差(線性) 93
表4.6 單自由度系統受上升三角形衝擊載重之相對振幅誤差(非線性) 94
表4.7 單自由度系統受矩形衝擊載重之相對振幅誤差(非線性) 94
表4.8 單自由度系統受下降三角形衝擊載重之相對振幅誤差(非線性) 95
表4.9 雙自由度系統受上升三角形衝擊載重之相對振幅誤差(頂層-線性) 96
表4.10 雙自由度系統受上升三角形衝擊載重之相對振幅誤差(底層-線性) 96
表4.11 雙自由度系統受矩形衝擊載重之相對振幅誤差(頂層-線性) 97
表4.12 雙自由度系統受矩形衝擊載重之相對振幅誤差(底層-線性) 97
表4.13 雙自由度系統受下降三角形衝擊載重之相對振幅誤差(頂層-線性) 98
表4.14 雙自由度系統受下降三角形衝擊載重之相對振幅誤差(底層-線性) 98
表4.15 雙自由度系統受上升三角形衝擊載重之相對振幅誤差(頂層-非線性) 99
表4.16 雙自由度系統受上升三角形衝擊載重之相對振幅誤差(底層-非線性) 99
表4.17 雙自由度系統受矩形衝擊載重之相對振幅誤差(頂層-非線性) 100
表4.18 雙自由度系統受矩形衝擊載重之相對振幅誤差(底層-非線性) 100
表4.19 雙自由度系統受下降三角形衝擊載重之相對振幅誤差(頂層-非線性) 101
表4.20 雙自由度系統受下降三角形衝擊載重之相對振幅誤差(底層-非線性) 101






圖目錄

圖2.1 相對週期誤差與 的關係圖 16
圖2.2 外力不連續的輸入誤差示意圖 16
圖2.3 外力不連續的輸入誤差示意圖 17
圖2.4 ㄧ般外顯式積分法分析衝擊載重的示意圖 17
圖3.1 三種不同形式之衝擊載重 44
圖3.2 單自由度系統受上升三角形衝擊載重之位移歷時反應圖 45
圖3.3 單自由度系統受矩形衝擊載重之位移歷時反應圖 45
圖3.4 單自由度系統受下降三角形衝擊載重之位移歷時反應圖 46
圖3.5 單自由度系統受上升三角形衝擊載重之位移歷時反應圖 46
圖3.6 單自由度系統受上升三角形衝擊載重之位移歷時反應圖 47
圖3.7 單自由度系統受上升三角形衝擊載重之位移歷時反應圖 47
圖3.8 單自由度系統受矩形衝擊載重之位移歷時反應圖 48
圖3.9 單自由度系統受矩形衝擊載重之位移歷時反應圖 48
圖3.10 單自由度系統受矩形衝擊載重之位移歷時反應圖 49
圖3.11 單自由度系統受下降三角形衝擊載重之位移歷時反應圖 49
圖3.12 單自由度系統受下降三角形衝擊載重之位移歷時反應圖 50
圖3.13 單自由度系統受下降三角形衝擊載重之位移歷時反應圖 50
圖3.14 雙自由度系統受上升三角形衝擊載重之位移歷時反應圖(頂層) 51
圖3.15 雙自由度系統受上升三角形衝擊載重之位移歷時反應圖(底層) 51
圖3.16 雙自由度系統受矩形衝擊載重之位移歷時反應圖(頂層) 52
圖3.17 雙自由度系統受矩形衝擊載重之位移歷時反應圖(底層) 52
圖3.18 雙自由度系統受下降三角形衝擊載重之位移歷時反應圖(頂層) 53
圖3.19 雙自由度系統受下降三角形衝擊載重之位移歷時反應圖(底層) 53
圖3.20 雙自由度系統受上升三角形衝擊載重之位移歷時反應圖(頂層) 54
圖3.21 雙自由度系統受上升三角形衝擊載重之位移歷時反應圖(底層) 54
圖3.22 雙自由度系統受上升三角形衝擊載重之位移歷時反應圖(頂層) 55
圖3.23 雙自由度系統受上升三角形衝擊載重之位移歷時反應圖(底層) 55
圖3.24 雙自由度系統受上升三角形衝擊載重之位移歷時反應圖(頂層) 56
圖3.25 雙自由度系統受上升三角形衝擊載重之位移歷時反應圖(底層) 56
圖3.26 雙自由度系統受矩形衝擊載重之位移歷時反應圖(頂層) 57
圖3.27 雙自由度系統受矩形衝擊載重之位移歷時反應圖(底層) 57
圖3.28 雙自由度系統受矩形衝擊載重之位移歷時反應圖(頂層) 58
圖3.29 雙自由度系統受矩形衝擊載重之位移歷時反應圖(底層) 58
圖3.30 雙自由度系統受矩形衝擊載重之位移歷時反應圖(頂層) 59
圖3.31 雙自由度系統受矩形衝擊載重之位移歷時反應圖(底層) 59
圖3.32 雙自由度系統受下降三角形衝擊載重之位移歷時反應圖(頂層) 60
圖3.33 雙自由度系統受下降三角形衝擊載重之位移歷時反應圖(底層) 60
圖3.34 雙自由度系統受下降三角形衝擊載重之位移歷時反應圖(頂層) 61
圖3.35 雙自由度系統受下降三角形衝擊載重之位移歷時反應圖(底層) 61
圖3.36 雙自由度系統受下降三角形衝擊載重之位移歷時反應圖(頂層) 62
圖3.37 雙自由度系統受下降三角形衝擊載重之位移歷時反應圖(底層) 62
圖3.38 雙自由度系統受上升三角形衝載之位移歷時反應圖(頂層) 63
圖3.39 雙自由度系統受上升三角形衝載之位移歷時反應圖(底層) 63
圖3.40 雙自由度系統受上升三角形衝載之位移歷時反應圖(頂層) 64
圖3.41 雙自由度系統受上升三角形衝載之位移歷時反應圖(底層) 64
圖3.42 雙自由度系統受上升三角形衝載之位移歷時反應圖(頂層) 65
圖3.43 雙自由度系統受上升三角形衝載之位移歷時反應圖(底層) 65
圖3.44 雙自由度系統受矩形衝擊載重之位移歷時反應圖(頂層) 66
圖3.45 雙自由度系統受矩形衝擊載重之位移歷時反應圖(底層) 66
圖3.46 雙自由度系統受矩形衝擊載重之位移歷時反應圖(頂層) 67
圖3.47 雙自由度系統受矩形衝擊載重之位移歷時反應圖(底層) 67
圖3.48 雙自由度系統受矩形衝擊載重之位移歷時反應圖(頂層) 68
圖3.49 雙自由度系統受矩形衝擊載重之位移歷時反應圖(底層) 68
圖3.50 雙自由度系統受下降三角形衝擊載重之位移歷時反應圖(頂層) 69
圖3.51 雙自由度系統受下降三角形衝擊載重之位移歷時反應圖(底層) 69
圖3.52 雙自由度系統受下降三角形衝擊載重之位移歷時反應圖(頂層) 70
圖3.53 雙自由度系統受下降三角形衝擊載重之位移歷時反應圖(底層) 70
圖3.54 雙自由度系統受下降三角形衝擊載重之位移歷時反應圖(頂層) 71
圖3.55 雙自由度系統受下降三角形衝擊載重之位移歷時反應圖(底層) 71
圖4.1 擬動態試驗之流程圖 102
圖4.2 擬動態試驗配置圖 103
圖4.3 油壓千斤頂圖示 103
圖4.4 反力牆圖示 104
圖4.5 試體圖示 104
圖4.6 千斤頂伺服筏圖示 105
圖4.7 試體的H型鋼尺寸示意圖 105
圖4.8 螺栓與強力地板圖示 106
圖4.9 類比訊號轉換系統圖示 106
圖4.10 千斤頂荷重計(LOAD CELL)圖示 107
圖4.11 光學尺圖示 107
圖4.12 單自由度結構系統示意圖 108
圖4.13 雙自由度結構系統示意圖 108
圖4.14 三種不同形式之衝擊載重 109
圖4.15 位移增量被試驗誤差影響之每一步位移歷時圖(頂層) 110
圖4.16 位移增量被試驗誤差影響之位移歷時圖(底層) 111
圖4.17 位移增量被試驗誤差影響之每一步位移增量與誤差歷時圖 (頂層DT=0.05,DT=0.025) 112
圖4.18 位移增量被試驗誤差影響之每一步位移增量與誤差歷時圖 (頂層DT=0.0125,DT=0.005) 113
圖4.19 位移增量被試驗誤差影響之每一步位移增量和誤差歷時圖 (底層DT=0.05,DT=0.025) 114
圖4.20 位移增量被試驗誤差影響之每一步位移增量和誤差歷時圖 (底層DT=0.0125,DT=0.005) 115
圖4.21單自由度系統受上升三角形衝擊載重線性反應之位移反應圖(ΔT=0.1) 116
圖4.22 單自由度系統受上升三角形衝擊載重線性反應之誤差歷時反應圖 (ΔT=0.1) 117
圖4.23 單自由度系統受上升三角形衝擊載重線性反應之回復力與位移反應圖(ΔT=0.1) 118
圖4.24 單自由度系統受上升三角形衝擊載重線性反應之位移歷時反應圖 (ΔT=0.05) 119
圖4.25 單自由度系統受上升三角形衝擊載重線性反應之誤差反應圖(ΔT=0.05) 120
圖4.26 單自由度系統受上升三角形衝擊載重線性反應之回復力與位移反應圖(ΔT=0.05) 121
圖4.27 單自由度系統受矩形衝擊載重線性反應之位移歷時反應圖(ΔT=0.1) 122
圖4.28 單自由度系統受矩形衝擊載重線性反應之誤差歷時反應圖(ΔT=0.1) 123
圖4.29 單自由度系統受矩形衝擊載重線性反應之回復力與位移反應圖 (ΔT=0.1) 124
圖4.30 單自由度系統受矩形衝擊載重線性反應之位移歷時反應圖(ΔT=0.05) 125
圖4.31 單自由度系統受矩形衝擊載重線性反應之誤差歷時反應圖(ΔT=0.05) 126
圖4.32 單自由度系統受矩形衝擊載重線性反應之回復力與位移反應圖 (ΔT=0.05) 127
圖4.33 單自由度系統受下降三角形衝擊載重線性反應之位移歷時反應圖(ΔT=0.1) 128
圖4.34 單自由度系統受下降三角形衝擊載重線性反應之誤差歷時反應圖(ΔT=0.1) 129
圖4.35 單自由度系統受下降三角形衝擊載重線性反應之回復力與位移反應圖(ΔT=0.1) 130
圖4.36 單自由度系統受下降三角形衝擊載重線性反應之位移歷時反應圖 (ΔT=0.05) 131
圖4.37 單自由度系統受下降三角形衝擊載重線性反應之誤差歷時反應圖 (ΔT=0.05) 132
圖4.38 單自由度系統受下降三角形衝擊載重線性反應之回復力與位移反應圖(ΔT=0.05) 133
圖4.39 單自由度系統受上升三角形衝擊載重非線性反應之位移歷時反應圖(ΔT=0.1) 134
圖4.40 單自由度系統受上升三角形衝擊載重非線性反應之誤差歷時反應圖(ΔT=0.1) 135
圖4.41 單自由度系統受上升三角形衝擊載重非線性反應之回復力與位移反應圖(ΔT=0.1) 136
圖4.42 單自由度系統受矩形衝擊載重非線性反應之位移歷時反應圖(ΔT=0.1) 137
圖4.43 單自由度系統受矩形衝擊載重非線性反應之誤差歷時反應圖(ΔT=0.1) 138
圖4.44 單自由度系統受矩形衝擊載重非線性反應之回復力與位移反應圖 (ΔT=0.1) 139
圖4.45 單自由度系統受下降三角形衝擊載重非線性反應之位移歷時反應圖(ΔT=0.1) 140
圖4.46 單自由度系統受下降三角形衝擊載重非線性反應之誤差歷時反應圖(ΔT=0.1) 141
圖4.47 單自由度系統受下降三角形衝擊載重非線性反應之回復力與位移歷時反應圖(ΔT=0.1) 142
圖4.48 雙自由度系統受上升三角形衝擊載重線性反應之位移歷時反應圖 (頂層-ΔT=0.1) 143
圖4.49 雙自由度系統受上升三角形衝擊載重線性反應之位移歷時反應圖 (底層-ΔT=0.1) 144
圖4.50 雙自由度系統受上升三角形衝擊載重線性反應之誤差歷時反應圖 (頂層-ΔT=0.1) 145
圖4.51 雙自由度系統受上升三角形衝擊載重線性反應之位移歷時反應圖 (底層-ΔT=0.1) 146
圖4.52 雙自由度系統受上升三角形衝擊載重線性位移反應經FFT轉換後的頻譜含量圖(頂層-ΔT=0.1) 147
圖4.53 雙自由度系統受上升三角形衝擊載重線性位移反應經FFT轉換後的頻譜含量圖(底層-ΔT=0.1) 148
圖4.54 雙自由度系統受矩形衝擊載重線性反應之位移歷時反應圖 (頂層-ΔT=0.1) 149
圖4.55 雙自由度系統受矩形衝擊載重線性反應之位移歷時反應圖 (底層-ΔT=0.1) 150
圖4.56 雙自由度系統受矩形衝擊載重線性反應之誤差歷時反應圖 (頂層-ΔT=0.1) 151
圖4.57 雙自由度系統受矩形衝擊載重線性反應之誤差歷時反應圖 (底層-ΔT=0.1) 152
圖4.58 雙自由度系統受矩形衝擊載重線性位移反應經FFT轉換後的頻譜含量圖(頂層-ΔT=0.1) 153
圖4.59 雙自由度系統受矩形衝擊載重線性位移反應經FFT轉換後的頻譜含量圖(底層-ΔT=0.1) 154
圖4.60 雙自由度系統受下降三角形衝擊載重線性反應之位移歷時反應圖 (頂層-ΔT=0.1) 155
圖4.61 雙自由度系統受下降三角形衝擊載重線性反應之位移歷時反應圖 (底層-ΔT=0.1) 156
圖4.62 雙自由度系統受下降三角形衝擊載重線性反應之誤差歷時反應圖 (頂層-ΔT=0.1) 157
圖4.63 雙自由度系統受下降三角形衝擊載重線性反應之誤差歷時反應圖 (底層-ΔT=0.1) 158
圖4.64 雙自由度系統受下降三角形衝擊載重線性位移反應經FFT轉換後的頻譜含量圖(頂層-ΔT=0.1) 159
圖4.65 雙自由度系統受下降三角形衝擊載重線性位移反應經FFT轉換後的頻譜含量圖(底層-ΔT=0.1) 160
圖4.66 雙自由度系統受上升三角形衝擊載重非線性反應之位移歷時反應圖 (頂層-ΔT=0.05) 161
圖4.67 雙自由度系統受上升三角形衝擊載重非線性反應之位移歷時反應圖 (底層-ΔT=0.05) 162
圖4.68 雙自由度系統受上升三角形衝擊載重非線性反應之誤差歷時反應圖 (頂層-ΔT=0.05) 163
圖4.69 雙自由度系統受上升三角形衝擊載重非線性反應之誤差歷時反應圖 (底層-ΔT=0.05) 164
圖4.70 雙自由度系統受上升三角形衝擊載重非線性位移反應經FFT轉換後的頻譜含量圖(頂層-ΔT=0.05) 165
圖4.71 雙自由度系統受上升三角形衝擊載重非線性位移反應經FFT轉換後的頻譜含量圖(底層-ΔT=0.05) 166
圖4.72 雙自由度系統受矩形衝擊載重非線性反應之位移歷時反應圖 (頂層-ΔT=0.05) 167
圖4.73 雙自由度系統受矩形衝擊載重非線性反應之位移歷時反應圖 (底層-ΔT=0.05) 168
圖4.74 雙自由度系統受矩形衝擊載重非線性反應之誤差歷時反應圖 (頂層-ΔT=0.05) 169
圖4.75 雙自由度系統受矩形衝擊載重非線性反應之誤差歷時反應圖 (底層-ΔT=0.05) 170
圖4.76 雙自由度系統受矩形衝擊載重非線性位移反應經FFT轉換後的頻譜含量圖(頂層-ΔT=0.05) 171
圖4.77 雙自由度系統受矩形衝擊載重非線性位移反應經FFT轉換後的頻譜含量圖(底層-ΔT=0.05) 172
圖4.78 雙自由度系統受下降三角形衝擊載重非線性反應之位移歷時反應圖 (頂層-ΔT=0.05) 173
圖4.79 雙自由度系統受下降三角形衝擊載重非線性反應之位移歷時反應圖 (底層-ΔT=0.05) 174
圖4.80 雙自由度系統受下降三角形衝擊載重非線性反應之誤差歷時反應圖 (頂層-ΔT=0.05) 175
圖4.81 雙自由度系統受下降三角形衝擊載重非線性反應之誤差歷時反應圖 (頂層-ΔT=0.05) 176
圖4.82 雙自由度系統受下降三角形衝擊載重非線性位移反應經FFT轉換後的頻譜含量圖(頂層-ΔT=0.05) 177
圖4.83 雙自由度系統受下降三角形衝擊載重非線性位移反應經FFT轉換後的頻譜含量圖(底層-ΔT=0.05) 178
論文參考文獻:參考文獻

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論文全文使用權限:同意授權於2010-11-05起公開