基于自复位变摩擦阻尼器的结构减震控制

目的针对常摩擦力摩擦阻尼器不能根据结构反应实时调整滑动摩擦力、导致减振效果不稳定的问题,研发一种自复位变摩擦阻尼器.方法基于库仑摩擦定律建立自复位变摩擦阻尼器的恢复力模型,通过对设置以及未设置阻尼器的结构分别进行确定性及随机地震反应分析,研究该阻尼器的减振效果.结果确定性地震动作用下,自复位变摩擦阻尼器能够有效减小结构的层间位移反应,而绝对加速度反应通常有所增大;随机地震动作用下,自复位变摩擦阻尼器能明显减小无控时层间位移较大楼层的位移反应,多数楼层绝对加速度均方根值的均值和标准差有所减小,而楼层绝对加速度峰值大多增大.结论自复位变摩擦阻尼器能明显降低结构的位移反应,且位移控制效果基本上不随输入地震动加速度峰值的变化而改变,但受控结构的加速度反应通常较无控结构有一定增大.     

微滑移阻尼叶片最优正压力的影响因素分析

为了研究阻尼结构参数对阻尼叶片最优正压力的影响,基于微滑移模型,推导出了阻尼器非线性干摩擦阻尼力的计算公式.建立了带阻尼结构叶片的有限元非线性动力学方程,采用谐波平衡法对系统动力响应进行了计算.计算结果表明:系统的共振频率随正压力的增大而增大;叶尖响应随正压力的增大先减小后增大;存在一个最优正压力,使阻尼器的减振效果最好,该最优正压力随阻尼器接近叶尖而减小,随阻尼器截面抗拉刚度的增大而减小,且对激振力幅值改变不敏感.     

微滑移阻尼叶片最优正压力的影响因素分析

为了研究阻尼结构参数对阻尼叶片最优正压力的影响,基于微滑移模型,推导出了阻尼器非线性干摩擦阻尼力的计算公式．建立了带阻尼结构叶片的有限元非线性动力学方程,采用谐波平衡法对系统动力响应进行了计算．计算结果表明：系统的共振频率随正压力的增大而增大;叶尖响应随正压力的增大先减小后增大;存在一个最优正压力,使阻尼器的减振效果最好,这个最优正压力随阻尼器接近叶尖而减小,随阻尼器截面抗拉刚度的增大而减小,这个最优正压力对激振力幅值改变不敏感．     

摩擦阻尼器-拉索系统振动特性试验研究

为研究拉索摩擦阻尼器的减振效果,开展了附加摩擦阻尼器拉索的自由振动和强 迫振动特性试验. 首先进行铜-钢金属摩擦阻尼器模型的力学性能试验,得到螺栓扭矩与摩擦 力之间的关系. 然后进行摩擦阻尼器-拉索系统模型自由振动特性试验研究,由试验测得的自 由振动位移衰减曲线得到对数衰减率,分析得到对数衰减率随振幅的变化规律,并与现有理 论进行对比. 通过快速傅里叶变换和小波变换对自由振动加速度时程进行频谱分析和时频分 析得到模态频率变化情况 . 最后进行拉索-摩擦阻尼器系统的不同激振力-控制强迫振动试 验,通过扫频方式得到拉索振幅与激振频率的关系,研究摩擦阻尼器对拉索共振幅值的影响. 试验结果表明摩擦阻尼器可以有效地减小小幅与大幅激振力时强迫振动的共振幅值;两者相 比,摩擦阻尼器在大幅激振力作用下减振效果更显著.     

基于DOE及RSM的单线圈磁流变阻尼器优化设计及动力性能分析

设计了一种单线圈磁流变阻尼器,并推导其阻尼力数学模型.为使磁流变阻尼器在固定尺寸内得到最优性能,采用实验设计（design of experiments,DOE）和响应曲面法（response surface methods,RSM）相结合的方法得到磁感应强度与设计变量的近似响应函数,建立目标函数并求解得到最优几何参数.对单线圈磁流变阻尼器进行电磁场仿真和动力性能仿真;搭建动力性能测试试验台,分别测试优化前后阻尼器在不同电流、频率、振幅及速度下的动力性能.实验测试结果表明,优化前阻尼器最大输出阻尼力仅有253 N,优化后阻尼器的最大输出阻尼力可达560 N;优化前阻尼器最大可调范围为3.7,优化后阻尼器的最大可调范围为4.8,输出阻尼力随电流变化连续可调,具有良好的动力性能.      

基于层间平均位移比的粘滞阻尼器布置方法

为提升粘滞阻尼器的减震效果,减少计算量,提出1种以各层间平均位移比为目标函数的粘滞阻尼器优化布置方法。即将各楼层在正负方向的最大层位移的平均值作为各层的层位移,以此计算各层的层间位移,通过各层间位移的比例来布置、分配粘滞阻尼器。不同布置方案下,案例结构中的粘滞阻尼器的响应对比结果表明,本文的布置方案在取得良好减震效果的同时,计算更为简便;相比于以层间位移比为目标函数的布置方法,采用本文的布置方法,结构的最大层间位移最大减震率、最大层间速度最大减震率、最大层间加速度最大减震率分别提高了109%、485%和441%。     

一种新型非对称摩擦阻尼器力学性能研究

文章研发了一种新型非对称摩擦阻尼器,提出简化力学模型,并进行力学性能试验验证,最终基于试验结果在经典弹塑性模型基础上考虑空程的影响,从而可准确表征该阻尼器的力学性能.研究结果表明,该阻尼器设计受拉峰值阻尼力最高可达30kN,而受压峰值阻尼力接近于0,满足双向性能化差异的目标.仅通过预压螺栓调节预压预紧力可改变该阻尼器的...     

织物卷绕张力的优化设计

为解决织物卷绕过程中存在的卷形差、缝头印等问题,对织物卷绕过程中的受力情况进行了分析,并根据厚壁筒原理建立了布卷的卷绕张力数学模型.然后对比了等张力卷绕、锥张力卷绕、等力矩卷绕和幂函数卷绕下的剩余张力和层间压力分布,结果表明,幂函数卷绕为最佳卷绕方式.最后,以剩余张力大于零、层间压力最小为目标构建了优化织物卷绕张力的数学模型,并利用遗传算法进行参数优化,得到了最优的卷绕张力函数.     

粘滞流体阻尼器对电视塔的风振响应控制

以合肥电视塔为工程背景,探讨了粘滞流体阻尼器对高耸电视塔在强风作用下风振响应的振动控制.按照随机振动理论,仿真得到了作用在电视塔上的19维互相关的人造脉动风压时程样本曲线,并利用时程样本进行了电视塔的风振响应分析;建立了一种双模型的动力分析方法.对安置了粘滞流体阻尼器的合肥电视塔进行了控制分析;以上塔楼的风振响应为优化目标,对阻尼器的参数进行了优化设计.研究表明,电视塔的风振响应峰值超过了规范的容许值,设置了粘滞流体阻尼器后电视塔的风振响应均有明显的减小,阻尼器消耗了大量的结构能量,采用最优阻尼参数使上塔楼加速度峰值响应下降了43.4%.     

设置摩擦阻尼耗能框架结构地震反应分析

研究了设置摩擦阻尼器的框架结构的地震反应。针对带摩擦阻尼器框架结构的地震反应给出了状态方程,并进行了求解,由此研究了该框架结构在四种地震波作用下楼层最大位移和层间最大位移角,表明摩擦阻尼器对其所在楼层减震效果较显著,对其他楼层的减震效果影响不大,因而该阻尼器在结构中宜连续布置不宜间断。还针对各楼层摩擦阻尼器的阻尼力提出了经济分布方案,给出了该方案阻尼器阻尼力的调整公式。此外,提出了设置摩擦阻尼器框架结构地震作用的实用计算方法,在此基础上,对设置摩擦阻尼器框架结构的等效阻尼进行了分析。     

基于智能隔震结构Benchmark模型的序列最优控制算法

针对最新提出的智能隔震结构Benchmark模型,阐述了其在考虑横向-扭转耦联振动和双向地震激励下的运动方程,讨论了序列最优算法较之其它几种经典最优算法的改进之处.运用序列最优算法对智能隔震结构Bench-mark模型进行振动控制,并将其和采用LQG算法的控制效果进行了分析比较,结果表明序列最优算法优于LQG算法.     

采用摩擦型阻尼器的斜拉索被动控制

研究了较常用的线性粘滞阻尼器具有更高附加阻尼的非线性摩擦型阻尼器的斜拉索振动控制.首先通过单自由度系统详细分析了摩擦型阻尼器的非线性阻尼特性.进而采用张紧弦模型模拟斜拉索,通过Galerkin方法建立了斜拉索-摩擦型阻尼器系统的运动方程.采用半解析半数值方法分析了斜拉索自由振动的阻尼特性,对其阻尼机理进行了讨论.通过对拉索模态阻尼比的参数分析,得到了阻尼器参数和拉索附加阻尼关系的通用设计曲线,并与已有实索试验结果进行了比较,两者吻合良好.研究了摩擦型阻尼器的参数优化取值,结果表明拉索的最大模态阻尼比依振动初始条件等参数影响分布在一个范围而非定值,其下限值仍高于采用线性粘滞阻尼器时所获得的最大模态阻尼比.     

压电变摩擦阻尼结构的模糊控制

为了减轻结构的地震反应,提出了模糊控制算法用于结构的振动控制,控制的目标是减轻结构的位移和加速度响应.设计制作了一款新型的压电变摩擦阻尼器,并将压电变摩擦阻尼器作为控制装置,通过模糊控制算法建立了施加在压电变摩擦阻尼器上的电压与结构的响应关系,量化因子对模糊控制的效果影响极大,通过试算,本文给出了量化因子的计算公式.算例表明,对于安装有压电变摩擦阻尼器的结构,采用模糊控制算法的效果很好.     

汽轮机干摩擦阻尼叶片的共振特性分析

为了研究汽轮机干摩擦阻尼器叶片在谐波激励作用下的主共振特性,将摩擦力的迟滞回线进行谐波展开到二次项;用平均法求出系统主共振的稳态响应方程;分析了激励幅值、外阻尼、特别是阻尼器参数与响应之间的关系．结果表明,阻尼器具有抑制叶片共振振幅和共振调频的效果,但接触面压力需取适当值,使阻尼器处于最佳摩擦接触状态．     

一种对高层建筑振动半主动控制的新策略

为了解决调谐质量阻尼器(TMD)的有效工作频域较窄和主动质量阻尼器(AMD)的控制力存在时滞效应的问题,提出在TMD中嵌入磁流变阻尼器(MRD)的新型半主动控制装置——TMMRD。采用模糊控制器取代传统滑动模态控制(SMC)的不连续"开关"式控制和等效控制的不确定性规则,基于Lyapunov函数设计自适应模糊控制律,结合改进的限幅最优(MCO)控制算法提出适合TMMRD的自适应模糊滑动模态半主动控制(ASMC/MCO)策略。运用TMD被动控制、ASMC/MCO半主动控制、ASMC主动控制和线性二次型高斯(LQG)主动控制分别对一座30层钢框架结构进行地震响应分析。研究结果表明:提出的ASMC控制策略的鲁棒性明显优于LQG;ASMC/MCO控制和ASMC控制下的减震效果明显优于TMD控制和LQG控制;ASMC/MCO的半主动控制力与ASMC的主动控制力吻合很好。     

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．     

油藏开发过程的最优控制模型及其离散化方法

以某块油藏原油总产量最大为目标函数，以油藏压力、饱和度等满足的微分方程 组为主要约束条件，以各水井的注液量（时间的函数）为优化的控制函数，建立了反 映油藏开发生产实际过程的最优控制模型。为构造可实现的优化方法，导出了解此类 最优控制问题的离散化方法，并对离散化模型的可解性作了简单论证。     

设置FVD框架结构的非线性地震反应控制研究

根据粘弹性阻尼器和摩擦阻尼器各自的特点,设计出一种新型粘弹性-摩擦阻尼器(FVD)耗能装置．针对粘弹性材料的分数导数模型和摩擦单元的力-位移-滑移量的矩阵关系式,建立了FVD精确的有限元模型,推导了FVD单元刚度矩阵和控制力向量计算公式和求解方法;根据钢筋混凝土框架结构的非线性特性,建立了设置FVD非线性钢筋混凝土框架结构地震反应时程分析的控制方法．最后,应用本文方法,对设置FVD的非线性钢筋混凝土框架结构进行了在罕遇地震和多遇地震作用下的时程分析,并根据计算结果对其减震效果进行了分析讨论．     

基于智能算法的磁流变阻尼器位置优化

为了控制20层Benchmark建筑在地震作用下的非线性地震反应,采用改进的遗传算法确定MR阻尼器的优化设置位置.将标准遗传算法的遗传操作作相应改进,并进行给定数量的MR阻尼器优化配置的数值仿真分析,解决多约束非线性整数优化问题.结果表明,采用改进的遗传算法进行MR阻尼器位置设置优化后的半主动控制,能有效地降低结构在地震荷载作用下的响应,进一步提高了平均控制效果.     

大跨桥梁结构地震反应分析及优化阻尼控制

对大跨桥梁结构进行地震反应分析及优化阻尼控制。考虑中间支承的弹性对桥梁结构地震反应的影响,提出在桥墩处设置集中旋转阻尼器,对阻尼参数优化,并给出一种新的旋转摩擦阻尼器的基本构造。采用离散元法将桥梁结构离散为具有n个刚杆且由(n+1)个弹性点元相连接的离散系统,并由Lagrange方程推导离散结构的运动方程。实例分析了一三跨等跨的连续桥梁结构,结果表明中间支承的弹性对地震反应有显著影响,施加优化阻尼控制后,其地震反应显著降低。