基于磁流变阻尼器的结构振动特性研究

结构振动控制可以有效地提高结构抗震性能,减轻其在动力作用下的反应和损伤,近年来,基于磁流变阻尼器的结构半主动控制也得到大力发展。本文对三层框架结构进行了数值模拟,对有无磁流变阻尼器结构的振动特性进行了分析比较。     

磁流变阻尼器结构控制系统的开关控制

介绍了磁流变阻尼器的性能及恢复力模型,提出了两种简易可行的半主动控制策略.三层框架结构的地震反应分析表明,策略2优于策略1和被动控制,该控制方法能够有效减小结构的地震反应.     

一种纵向垂向二维振动集成半主动可控座椅悬架系统的试验研究

工程车辆、越野车辆等非道路车辆在行进过程中,既会产生垂向振动,也会产生纵向振动,这些振动通过座椅传递到驾乘人员。为了同时控制座椅纵向和垂向振动,文章根据可实现二维隔振的集成半主动座椅悬架系统,基于"功能集成"结构设计概念,开发了一种基于磁流变(magnetorheological, MR)阻尼器的纵向、垂向二维振动集成半主动可控座椅悬架原型系统,搭建了基于该座椅悬架系统的快速控制原型试验系统,并试验测试与分析对比了其在被动控制、模糊控制以及天棚半主动控制情况下的振动控制效果。试验结果表明:开发的座椅悬架系统能够实现纵向和垂向2个方向的半主动振动控制;模糊控制和天棚半主动控制策略能够有效提升座椅的振动控制效果,其中天棚半主动控制效果更好。     

高层钢框架结构基于MR阻尼器的风振半主动控制研究

以某20层钢框架结构为例,提出了一种基于LQG控制（线性二次型高斯最优控制）的跟踪控制策略.采用Davenport谱模拟脉动风速,对该结构进行风振时程响应动力分析,根据计算并结合结构在脉动风作用下的舒适度要求设计了一套独特的控制方法,最后比较了有无施加半主动控制时的结构响应,并对控制装置进行了优化设置.结果表明,这种半主动控制策略对高层钢框架结构在脉动风作用下的加速度响应具有良好的控制效果,满足了舒适度控制的抗风设计要求,有效降低了此类结构风振控制设计的成本.     

基于新型压电摩擦阻尼器的高压输电塔半主动抗震控制

基于笔者开发的以压电陶瓷管状驱动器为核心元件的新型压电摩擦阻尼器,利用ANSYS软件对高压输电塔进行有限元建模,并通过超单元法与MATLAB编程相结合的方法提取输电塔结构的整体刚度矩阵、质量矩阵、阻尼矩阵。利用MATLAB编制了LQR最优控制策略、最优Bang-Bang半主动控制策略的相关程序,并利用SIMULINK仿真工具箱将二者结合构成适于高压输电塔结构的半主动控制系统。利用所提出的压电摩擦阻尼器及所编制的半主动控制系统,对输电塔进行了EL-Centro地震作用下的振动控制。结果表明,该阻尼器及半主动控制系统能够有效地控制输电塔的地震响应且平均控制效果系数达25%。     

磁流变调谐质量阻尼器在海上风机振动控制中的应用

针对近海风机在风、波浪和地震3种载荷作用下的振动控制问题,提出了基于磁流变弹性体(magnetorheological elastomer, MRE)调谐质量阻尼器(tuned mass damper, TMD)的海上风机半主动控制方法。首先,介绍了MRE的变刚度磁致力学特性及面向海上减振需求的MRE-TMD结构设计原理;其次,建立了海上风机-TMD动力学模型,计算了风、波浪及地震激励载荷;再次,应用半主动控制算法跟踪识别风机塔筒顶端响应的频率,实时调节MRE-TMD的刚度,进而对海上风机进行振动控制。通过分析导管架式近海风机在多种载荷作用下的动力响应可知,采用基于MRE-TMD的控制方法能够有效衰减导管架式海上风机在多种载荷作用下的振动响应。与被动TMD相比,MRE-TMD具有较好的减振效果,为海上风机振动控制提供了一种新的解决思路。     

相邻模型结构MR阻尼器半主动控制振动台试验

利用振动台对磁流变(MR)阻尼器连接的相邻模型结构的地震响应进行了研究.为了验证基于MR阻尼器控制系统的控制效果,振动台试验中对3种地震激励下的相邻模型结构采用了2种被动控制策略和3种半主动控制策略.试验中,最大电流被动控制策略和3种半主动控制策略使相邻模型结构各层的地震响应皆有明显降低;半主动控制策略皆采用了加速度反馈的方法以减少试验中所用传感器的数量.试验结果表明:MR阻尼器是有效的半主动控制装置,在被动和半主动控制系统中有稳定的控制效果;基于加速度反馈的控制方法适用于具有闭环增益矩阵的控制算法,可以减少控制系统的硬件投入以及增加半主动控制系统在实际工程应用中的可行性.     

巨型钢框架MR智能减震结构的地震反应分析

采用wilson-Θ法求解巨型钢框架MR智能减震结构运动方程,提出基于最优主动控制算法(LQR算法)的双出杆剪切阀式MR阻尼器的半主动控制算法,并选择普通巨型钢框架结构(主结构3层,次结构3层)和巨型钢框,用LQR算法和半主动控制算法分析最大地震反应及控制效果.结果表明,巨型钢框架MR智能减震结构比普通的巨型钢框架结构优越,MR阻尼器能够有效地减小主结构的地震反应.     

改进的基于MR阻尼器的斜拉索模糊半主动控制有限元模拟

模糊控制应用在斜拉索-MR阻尼器振动控制时,可直接通过系统的响应得到MR阻尼器的输入电压,简单实用,不过需要大量调试才能得到系统响应的量化因子,工作量较大.在基于MR阻尼器斜拉索参数共振模糊半主动控制的基础上,提出一种改进的方法,使得模糊控制计算更加智能.以红水河特大桥的M22和M13拉索为研究对象,对其参数共振进行振动控制研究.结果表明:改进的基于MR阻尼器斜拉索参数共振模糊控制方法相比一般模糊控制方法更加智能,不需要斜拉索无控制时的响应可确定输入变量或输出变量的基本论域和量化因子且采用改进的模糊半主动控制方法进行振动控制时,阻尼器所需电压均小于一般模糊控制时所需电压.     

基于磁流变阻尼器的高速受电弓模糊半主动控制

弓网振动性能良好是列车高速运行的重要前提,为提升弓网振动性能,降低弓网噪声及磨损,研究了磁流变阻尼器(magneto-rheological damper, MRD)半主动控制受电弓机理。构建弓网MRD半主动控制动力学模型,设计模糊控制策略参数,使用SIMULINK软件建立MRD半主动弓网仿真系统,对被动控制和模糊半主动控制下的弓网振动特性进行仿真分析。研究表明:基于MRD的模糊半主动控制对改善弓网受流性能有良好效果,在350 km/h工况下,弓网接触压力波动幅度降低达20%,最大值减低达20%,最小值提升达80%;离线率降至0。由于MRD半主动控制消耗外界能源极少、控制过程鲁棒性高、控制效果优良,其必将成为高速工况下改善弓网作用关系的重要手段。     

基于MRF-04K阻尼器的LQG半主动控制系统

在MRF-04K阻尼器动力特性试验的基础上提出了一种能够准确描述该阻尼器特性的滞回模型，通过实测曲线与模拟曲线的对比分析表明，该模型能够真实反映阻尼器的滞回特性．建立了基于MRF—04K阻尼器的LQG半主动控制系统，仅需结构加速度响应作为反馈信息，通过对3层模型结构的计算分析表明，该系统能够充分利用阻尼器的性能，实现较好的减震控制效果．     

基于磁流变材料的汽车悬架半主动控制

结合磁流变液和磁流变弹性体的特性,提出了一种能同时调节刚度和阻尼的汽车半主动悬架系统及其控制策略。首先设计该悬架的大体结构并说明其工作原理,然后建立半主动悬架的控制模型,最后基于李亚普洛夫稳定性理论设计该悬架的半主动控制策略。仿真结果表明,所设计的半主动控制算法可以有效地抑制车身振动,且悬架动挠度保持在一定的范围内。此外,该策略实现了系统与参考模型的速度差和位移差同时为零的突破。     

柴油机双层隔振系统半主动模糊控制

针对柴油机的双层主动隔振系统,提出了基于MR阻尼器的半主动模糊控制方法.通过建立柴油机双层隔振的半主动控制模型,设计了双输入单输出的模糊控制器,根据经验和理论分析制定了模糊控制规则,运用MATLAB软件对被动控制与半主动控制联合建模并仿真.结果表明:与被动控制相比,半主动模糊控制具有良好的控制效果,能够进一步提高柴油机的减振效果.     

Vibration Control of Jacket Platforms with Magnetorheological Damper and Experimental Validation

Magnetorheological (MR) dampers have been proposed to control the vibration of offshore platforms in this paper. The semi-active control strategy based on fuzzy control algorithm was adopted to determine the optimal output control force based on the responses of jacket platforms. A typical jacket platform in Mexico Gulf was selected as the numerical example to investigate the effectiveness of the proposed control method. Furthermore, a model experiment was performed to validate the results of the numerical simulation. The experimental model of the jacket platform was designed based on dynamical similarity criterion by the scale of 1:50. Both of the numerical and experimental results show that the semi-active control system with the MR damper can reduce vibrations of jacket platforms effectively and at the same time the control effect is stable.     

基于最小方差控制的列车横向半主动悬挂控制系统设计

为了改善列车在高速运行状态下的平稳性以及提高乘坐舒适度,采用最小方差控制算法对半主动悬挂控制系统进行仿真分析,并给出基于最小方差控制的高速列车半主动悬挂控制系统的设计方案,利用Matlab-Simulink搭建仿真平台。仿真结果表明:该算法与传统被动悬挂方式相比,横向减振效果得到明显改善。     

地震动速度脉冲对大跨斜拉桥减震控制的影响

地震动的速度脉冲特性是加重工程结构在地震中的破坏程度的重要因素,速度脉冲已成为近断层地震动的重要工程特性之一.以一座大跨飘浮体系斜拉桥为例,选择了4组具有速度脉冲特性的实际地震动加速度记录及人工模拟的具有相同加速度反应谱而无速度脉冲的地震动时程分别作为地震动输入,利用三维有限元方法计算了地震动的速度脉冲对斜拉桥地震反应和减震控制反应,分析了地震动速度脉冲对斜拉桥地震反应和减震控制效果的影响特征.总体上看,斜拉桥在速度脉冲型地震动作用下的地震反应大部分要大于无速度脉冲型地震动的,近断层地震动的速度脉冲对斜拉桥无控制、半主动控制和被动控制地震反应均具有一定的不利影响,且地震动的速度脉冲对半主动控制和被动控制减震效果的影响趋势大体相同.     

半主动直接输出反馈滑模模糊控制电流变阻尼器减振研究

针对多层结构电流变阻尼器减振系统运动状态难以完全实时测量、外界扰动和系统参数摄动界限难以准确估计以及阻尼器连续可调的特点，提出了半主动直接输出反馈滑模模糊控制策略．它是利用滑模运动方程稳定的Hurwitz判据选择滑模梯度参数，根据滑模到达条件和电流变阻尼器最大可控阻尼力设计输出反馈滑模模糊控制器，而可控屈服阻尼力对主结构做负功控制规则以保证主结构最佳减振．仿真分析表明，半主动滑模模糊控制电流变阻尼器减振效果明显．     

海洋平台冰振控制试验研究

为了验证磁流变阻尼半主动控制对海洋平台结构冰激振动控制的有效性,针对JZ20-2导管架式海洋平台结构,提出利用橡胶垫和磁流变阻尼器在平台设置隔振层的方案,采用一条实测挤压冰对无控结构、纯隔振结构和磁流变智能隔振结构进行冰激振动控制试验研究.试验结果表明:磁流变半主动控制能有效控制导管架端帽位移和甲板加速度,保证了平台结构的安全度和舒适度,并且能有效降低隔振层位移,满足生产平台采油工艺要求,是一种较好的振动控制方案.