实时混合试验是将数值模拟与试验研究相结合的一种新型结构试验方法,通过对整体结构进行试验与数值子结构的划分,仅对结构中的部分复杂构件进行试验加载,而采用数值方法对剩余部分进行模拟,实现对整体结构在外荷载作用下的动态响应分析。实时混合试验要求数值子结构部分的高速运算,以匹配试验子结构的实时性加载。因此,现有的实时混合试验通常将数值子结构高度简化以减小试验过程中的数值计算压力,这样的简化过程不可避免地会造成试验结构与真实结构的偏差,从而影响实时混合试验的可靠性。并且当分析结构尺寸过于庞大,数值子结构必须采用大量的计算自由度进行模拟时,仅仅依靠上述的简化方法,所带来的数值计算效率提升有限,难以满足混合试验的实时运行要求。针对实时混合试验中存在的数值计算压力以及实时控制问题,本文以向量式有限元为数值方法,以现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array FPGA)为计算硬件,提出了基于向量式有限元和FPGA的实时混合试验框架。本文的主要研究工作如下:(1)阐述了向量式有限元的计算流程与算法独立性,提出了基于FPGA和LabVIEW开发环境的向量式有限元并行计算方法。(2)建立了基于FPGA硬件和LabVIEW开发环境的实时混合试验平台,包括硬件架构与程序框架。(3)讨论了伺服液压加载系统的数学模型、动力特性及其造成的加载偏差对实时混合试验结果的影响,并通过前馈与反馈相结合的轨迹控制补偿方法对时域信号进行了补偿。(4)采用所建立的实时混合试验平台,分别对一个三层楼房结构和一个包含147自由度的斜拉索阻尼器系统开展了实时混合试验的试验验证与虚拟实时混合试验的数值验证。研究表明:本文所提出和建立的基于向量式有限元和FPGA的实时混合实验方法与平台具备强大的数值计算能力、高度的实时性和良好的稳定可靠性,为开展包含大量计算自由度的实时混合试验提供了软硬件基础。