NCREE-2011-007
時間 2011-08-31
標題 擬靜態結構試驗控制軟體架構
作者 王孔君蔡克銓
摘要
過去數十年來,在結構工程研究領域中,研究人員廣泛利用擬靜
態試驗法(quasi-static structural testing)對結構構件及結構系統進行各種
測試,以求能更深入了解待測試體之力學行為。相對於其他結構試驗
法,擬靜態試驗法之所以在結構實驗室中被廣泛運用,其原因主要包
括下列二者:(1)以本試驗法進行結構試驗,所需之硬體設備相對來說
較為經濟。(2)本試驗法能提供研究人員高度彈性。舉凡試體結構大小
與幾何、試驗流程安排等諸項直接影響試驗設置之因素,相較於其他
試驗法,在擬靜態試驗法中,較容易透過修改控制軟體、搭配使用不
同硬體等方式達成試驗目的。然而,在此陳述的擬靜態試驗法所能提
供的高度彈性卻並不常見於傳統結構試驗室中,主要的原因是由於截
至目前為止,在控制軟體建構上,欠缺了一個有彈性、容易擴充且已
解決多數擬靜態試驗法中所面臨問題的軟體架構(software framework)。
本研究嘗試建立此一軟體架構,期望此軟體架構能解決大部份於
進行擬靜態試驗時所會遭遇到的問題。因而在需要建立一個新的結構
實驗室控制軟體以進行擬靜態試驗時,能直接使用此軟體架構所提供
之功能,進而容易地達成實驗目的之要求。
為能建立此一軟體架構,本研究首先審視了目前在結構實驗室
中,已經實作出之擬靜態試驗之特性。同時列出了一個理想中的擬靜
態試驗法所能提供的功能。本研究接著進行了物件導向分析、設計與
實作。透過物件導向分析,找出了執行擬動態試驗法時若干重要概念,
並將之抽象化為底層基礎類別。另外,亦探討了這些基礎抽象類別彼
此間之互動模式,並由探討結果進行物件導向設計與實作,最後提出
一軟體架構。
本研究利用提出之軟體架構,以C++程式語言建立了一實驗控制
軟體。此實驗控制軟體大量利用本研究所提出之軟體架構,並建立幾
個客製化之類別,以能控制國家地震工程研究中心反力牆與強力地板
結構實驗室中所使用之硬體設備。
本研究利用上述實驗控制軟體,在實驗室中實際以之控制實驗設
備,進行了兩個系列的擬靜態試驗,包括反覆載重試驗,與雙向擬動
態試驗。試驗皆已順利完成,證明了本研究所提出之軟體架構之有效
性。
關鍵字 quasi-static test, pseudo-dynamic test, structural experiment, object-oriented, software framework
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