水-振动台相互作用竖向动力试验研究

水下振动台在设计制造过程中,需要考虑水与振动台间的动力相互作用,其产生的动水附加质量对振动台台面尺寸、台面形状、作动器能力、振动台控制方法的确定有重要影响。鉴于现有流固耦合作用相关理论不能用于水-振动台相互作用,本文通过试验方法,研究动水附加质量随振动台激励幅值、激励频率、水深的变化规律。试验结果表明,动水附加质量在水深较小时随着激励幅值的增大而减小,水深较大时随着幅值的增大先减小后增大;动水附加质量随激励频率的增大而减小,随水深的增大先增大后减小。通过公式拟合,建立水-振动台相互作用产生的动水附加质量的经验公式,为水下振动台系统优化设计提供依据。

水下振动台水体振动特性试验研究

水下振动台丰富和拓展了振动台在工程结构抗震研究领域应用场景,但由于其局部振动、防水布扰动等因素,振动水体会发生畸变或失真,造成试验偏差。本文通过试验方法,共设计252个工况,分别考虑不同激励幅值、方向、频率、水深,研究台面范围及台面中心至水池边界水体振动特性。试验结果表明:防水装置对水体扰动影响主要体现在水平方向;垂直向正弦波激励时,低频(≤1 Hz)区间,水体振动呈“倒扣铁锅”形状,随频率增加(≥3 Hz),呈多波峰特性,频率越高波峰数越多,众多波峰随着激励幅值的增大会逐渐进行叠加放大,当超过阈值时,会产生坍塌现象;随水深增加,水体振动波峰存在下降趋势。试验研究为水下振动台设计及模型试验结果的可靠性评价等提供参考。

基于强化学习的水下振动台时滞补偿与控制优化

开展水下地震模拟振动台试验时,振动台多向振动受到的水体动力效应十分复杂、难于补偿,因而在试验前合理考虑台体实际加载能力与精度十分重要。该文考虑水深、激励频率和运动方向等因素,开展水-振动台系统控制性能的影响研究。通过实测数据辨识水-振动台系统的数学模型,提出基于模型的前馈补偿与强化学习结合的数据驱动混合控制方法。根据DDPG算法利用位移指令的误差数据离线训练Actor-Critic网络,并将之用于实时修正基于模型的补偿指令。通过与前馈补偿方法对比,开展了不同水深、激励频率和振动台运动方向的50组水下振动台测试验证及性能评价。结果表明:随着水深与激励频率增加,控制性能下降;水深对振动台垂直向运动影响更大;与基于模型方法相比,在水深2 m垂直向运动的设备最不利条件下,该文所提控制方法的性能指标J_(1)和J_(2)分别提升了6.54%和7.52%。所提方法在考虑水-振动台系统动力非线性控制时具有优良的时滞补偿性能,且是一种宽频带补偿方法。