考虑剪切变形的宏纤维复合材料驱动力方程

针对经典板理论(CPT)未考虑宏纤维复合材料(MFC)的剪切变形使得计算结果产生较大误差的问题,运用正弦剪切变形理论(SSDT),引入局部位移分布函数,推导了新的MFC驱动力方程.以MFC层合板结构的端部位移为例,将基于SSDT的MFC驱动力计算结果与基于CPT的计算结果进行了比较.研究表明:采用基于SSDT的MFC驱动力方程计算的端部位移结果优于基于CPT的MFC驱动力计算的端部位移结果,且具有更好的精度和适用性,可以推广到MFC对平板结构的减振与驱动控制领域.     

基于长短时记忆网络的结构智能控制算法研究

为提高建筑结构智能控制的控制精度及稳定性,在长短时记忆(LSTM)网络理论基础上,提出一种基于深度学习的智能控制算法.通过构建深度学习框架,设计LSTM智能控制器,并将其性能测试结果与反向传播(BP)和径向基函数(RBF)神经网络控制器进行对比.以Benchmark模型为对象,分析了不同外部激励工况下LSTM智能控制器的泛化能力,并提出了基于结构响应的H_2范数评价指标.结果表明:BP和RBF神经网络框架的预测结果相比LSTM框架可能发生局部最优现象,且收敛精度较低;原输入工况下,LSTM控制器的误差为3.30×10~(-4),控制效果最高达65.0%;变激励工况下,LSTM控制器的响应峰值及H_2范数评价指标均优于BP和RBF神经网络控制器,说明LSTM智能控制器具有良好的控制和泛化性能.     

宏纤维复合材料对弧板结构的作动方程

为了得到宏纤维复合材料(MFC,macro fiber composite)对弧板结构的精确作动力与作动弯矩以及提高MFC的振动控制效果,提出了一种MFC复合弧板结构的作动方程计算方法。基于MFC的第一类压电方程,建立了考虑MFC与受控结构的复合作用和MFC受弧板曲率影响的P1型MFC复合弧板结构作动方程,得到了MFC对弧板结构的作动力与作动弯矩。将推导的计算结果与官方数据进行比较,两者偏差在4%以内;完成了MFC复合弧板结构的振动控制试验,采用该作动方程的有限元仿真结果与试验数据的偏差在8.5%以内。研究结果表明,文中推导的P1型MFC作动方程是正确的,完全可以用于MFC对弧板结构的减振控制仿真计算中。     

升船结构地震鞭梢效应的MR智能隔震控制

提出了用屋盖磁流变(MR)智能隔震系统实现升船结构地震鞭梢效应的神经网络预测半主动控制方法.首先,根据反向传播(BP)误差逆传播网络较强的泛化能力,运用该网络来预测未知地震波,在此基础上,根据地震波的预测值来确定"开关-耗能"半主动控制策略;然后,在该控制策略和预测神经网络的帮助下完成神经网络控制器的训练过程;最后,运用该控制器对结构实施智能控制.应用本控制方法对三峡升船结构屋盖MR智能隔震系统进行了仿真,计算结果表明:层间位移和柱底弯矩均有明显的减小,能有效抑制升船结构顶部厂房地震鞭梢效应,是一种简单并易于实现的智能控制装置.     

磁流变阻尼器的磁滞效应与神经网络预测调整

研究了磁流变阻尼器的磁滞效应对控制效果的影响,提出了采用神经网络预测的方法来减小磁滞效应对振动控制的不利影响.通过过去时刻和当前时刻的结构响应来预测将来时刻的结构响应,并用线性最优控制(LQR)算法经将来时刻结构响应计算得到主动控制力,为磁流变阻尼器产生该主动控制力赢得时间.研究结果表明:通过神经网络预测能有效补偿磁滞时间,使控制效果接近无磁滞效应的控制效果.     

超磁致伸缩作动器的磁路优化设计与有限元分析

超磁致伸缩作动器(giant magnetostrictive actuator,简称GMA)是一种新型的振动控制驱动器件,但由于其内部磁路复杂,GMA内部磁路中磁感应强度的大小和均匀性会严重影响作动器的工作性能。为解决上述问题,基于静态条件下线性磁致伸缩理论和电磁学原理,采用有限元软件ANSYS对GMA建立有限元模型,系统性地研究了激励线圈、导磁体和导磁内壁所用材料的参数等对磁感应强度的影响。同时,提出以GMM棒中减小磁漏、增大磁感应强度和提高磁感应强度的均匀性为设计原则,将超磁致伸缩棒轴向中心线处磁感应强度的大小和均匀度作为评价标准。对开闭磁路、激励线圈的轴向长度、材料的磁导率、空气间隙和导磁体的半径等参数进行优化设计。研究结果表明,当采用闭合磁路时,磁感应强度的大小和均匀度均得到了很大的提高;并通过磁路优化后,磁感应强的大小增大了0.1 T,均匀度提升了10.27%。     

基于MRE的变频TMD竖向振动控制

目的研发一种基于新型智能材料磁流变弹性体(MRE)的变频调谐质量阻尼器(TMD),为弥补传统TMD的频率不可调提供理论依据.方法研究MRE剪切模量与施加电流之间的关系,采用希尔伯特-黄变换(HHT)和随机减量技术(RDT)相结合的方式对主结构频率进行精确识别,完成了变频TMD对固支梁竖向振动控制的仿真计算,分析了不同质量比对变频TMD和传统TMD减振控制的影响.结果在自行研发的变频TMD中,MRE的剪切模量会随着外加电流的增强而增大,在1.8 A左右接近饱和值.利用HHT和RDT相结合的方法对频率识别方法是精确有效的.固支梁竖向振动的仿真结果表明,变频TMD能够在固支梁频率发生变化时仍保持良好的减振效果,固支梁频率与传统TMD自振频率相差越大,在达到同样减振效果时所需要的变频TMD质量比就越小.结论基于MRE的变频TMD能够实时与主结构频率保持一致,在主结构频率发生改变时仍具备良好的减振效果,并且变频TMD在减小TMD质量比方面也具有较大的优势.