智能材料在土木工程结构振动控制中的应用

随着材料技术的发展,土木工程结构振动控制用传感和驱动装置也随之智能起来,其中包括:电磁流变材料、磁致伸缩材料、记忆合金材料、压电材料等,智能材料的广泛使用,帮助工程结构抵抗振动的影响.本文从振动控制的形式开始,进而介绍了主流智能材料在工程结构振动控制中的应用.     

智能材料与土木工程结构振动控制

结合国内外最新研究成果,综述了压电材料?电/磁流变液?形状记忆合金等智能材料的基本性能?工作原理及其在土木工程结构振动控制中的应用研究概况,并对研究及应用中存在的问题作了探讨.     

智能材料与结构在土木工程中的应用

本文介绍了智能材料与结构的特点,详细介绍了混入光纤维、碳纤维和玻璃纤维的机敏混凝土在土木工程中的应用以及形状记忆合金、电流变体、压电材料等智能材料在土木工程振动控制中的应用。     

岸边集装箱起重机结构响应半主动控制

介绍了结构振动半主动控制的发展动态及其应用现状,探讨了结构振动半主动控制工程应用所面临的几个主要问题,并指出了半主动控制在岸边集装箱起重机结构响应上的可行性。     

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.     

结构主动控制理论及存在的问题

结构振动控制是使结构和控制系统共同抵御外界动荷载的作用,达到控制结构形态,减轻结构动力响应的目的。其研究和应用大体上分为三个领域：基础隔震、被动耗能减振以及主动、半主动和智能控制。本文对主动、半主动和智能控制作了描述,对结构振动控制中的问题做了探讨。     

新型磁流变阻尼器及其在结构振动半主动控制中的应用

应用磁流变阻尼器对结构振动进行控制，对磁流变阻尼器的力学模型进行了介绍，并设计了磁流变阻尼器的结构参数；基于现代最优控制理论的半主动控制方法设计了控制器，数值计算结果表明：采用磁流变阻尼器对结构振动进行半主动控制，在输入El-Centro波，Taft波及人工地震波时，可使受控结构的各层位移响应的控制效果超过50％，能够有效地减小结构的地震反应。     

加速度反馈磁流变阻尼器半主动控制

在建筑结构的半主动控制中，多以结构的位移和速度反应作为状态反馈，但是实际工作中会产生测量不便以及误差累积等问题，为此，利用加速度测量简单，可靠的特点，采用加速度作为反馈变量来实现建筑结构的磁流变阻尼器半主动振动控制，计算实例分析结果表明，此控制策略能够有效地减少结构的地震反应，并能取得与主动控制策略几乎相当的控制效果。     

基于磁流变阻尼器的汽车半主动悬架的神经模糊控制

为了抑制由路面不平引起的车辆振动,该文采用磁流变(MR)阻尼器和神经模糊控制算法实现对车辆悬架系统的半主动控制,并在四分之一汽车的两自由度模型上进行了仿真计算.采用的神经模糊控制器能通过反馈的车身加速度,经过计算输出一个恰当的电压到MR阻尼器实时连续地改变其阻尼特性,实现对车辆悬架系统半主动振动控制.仿真结果表明:和被动悬架相比,基于MR阻尼器和神经模糊控制算法的半主动悬架系统对由路面不平引起的车辆振动有明显的控制效果,具有良好的应用前景.     

旋转柔性智能结构振动滑模控制方法研究

基于Hamilton原理和高阶模型理论,建立了旋转刚柔耦合智能结构的动力学模型,并通过滑模变结构控制(SMC)对结构的振动进行控制.通过一阶近似模型理论考虑了结构轴向、横向和转角相互间的耦合作用,即考虑了柔性梁和智能材料的几何非线性.利用有限元方法得到了考虑离心刚化效应的有限维模型.利用滑模控制方法对结构的振动进行抑制.滑模面通过最优化方法得到.数值仿真结果表明滑模控制方法有效地控制了带有参数扰动的旋转柔性智能结构振动.     

NiTi形状记忆合金振动感知与主动控振研究

分析了复合于基体材料或嵌入机械结构中的ＮｉＴｉ丝对动、静应变的感知性能，基于ＮｉＴｉ形状记忆合金的振动感知和驱动特性，实现了机械系统振动的智能化控制，建立起机械系统的动力学模型。基于机械系统参数时变的特点，应用时频分析方法很好地描述了机械系统非平稳振动响应的过程，结果表明，ＮｉＴｉ形状记忆合金可灵敏地感知动、静应变，并可迅速作出反应，有效控制振动。     

磁流变弹性体扭转吸振器设计与动力学仿真

研制了一种以磁流变弹性体为核心智能控制元件的半主动扭转动力吸振器,基于扭转方向上的动力吸振器消振原理,设计了扭转动力吸振器的基本结构.对吸振器进行磁路仿真分析,保证强闭合磁场能够有效控制磁流变弹性体刚度;利用有限元软件进行吸振器动力学仿真,保证了吸振器固有频率对外界激励频率的有效跟随,以实现吸振效果.将吸振器安装在传动系统对应位置,进行传动系统振动响应仿真分析,结果表明动力吸振器能够有效削减传动系统的瞬态波动转矩.提出的磁流变弹性体半主动扭转动力吸振器为旋转机械系统减振应用提供了一种新的思路.     

智能桁架结构自抗扰振动控制实验研究

针对大型智能桁架结构的振动抑制问题,采用扩张状态观测器(ESO)和非线性状态误差反馈控制律(NLSEF),设计了不依赖于模型的自抗扰振动控制器。然后,基于dSPACE实时仿真系统,建立了102杆三棱柱压电智能桁架结构的主动振动控制试验系统,进行了自抗扰振动控制实验。结果表明:自抗扰振动控制器可有效地用于压电智能桁架结构的振动控制,低频谐振控制实验振幅降低了81.5%,取得了良好的控制效果。     

巨型框-筒悬挂阻尼控制结构体系随机振动分析

提出1种巨型框－筒悬挂阻尼控制模型，采用结构动力学有限元方法对结构体系进行地震随机振动分析和时程分析，分析结果表明，巨型框－筒悬挂阻尼控制结构体系能有效地减小结构的地震响应，最后讨论影响控制效果的参数。     

弹性连杆机构的主动控制研究

运用KED分析方法对带有智能材料的弹性连杆机构的特性进行分析；利用优化算法求取主动控制弹性构件变形的控制电压规律。通过理论分析和数值计算，显示了对智能材料直接施加控制电压，从而控制弹性构件变形的可行性。     

船舶结构振动模态综合法

有限元法是复杂结构振动分析的常用计算方法，但对于大型船舶结构用有限元法进行较高频率振动分析时，要求结构被划分成非常多的单元数以便获得详细的位移和应力特性，目前常用的计算机仍然无法对其进行计算。针对这个问题，提出了一种适用于具有弹性联接部件的大型结构振动分析模态综合法，它能够在有限的计算机设备资源的基础上分析计算大型结构较高频率的振动特性。实例计算表明，此方法是分析大型复杂结构振动的有效方法。     

层合板壳振动主动控制的研究现状与发展

随着复合材料的广泛应用和层合板壳理论的日趋成熟,复合材料层合板壳系统的振动主动控制得到快速发展．压电智能结构控制策略,最优线性二次型（LQR）控制算法,以及主动控制向各个领域的渗透,已成为近年来振动主动控制领域的热点问题．对该领域的热点问题加以研究,提出了若干有待进一步解决的问题．     

基于磁流变原理的飞机起落架半主动最优控制?

分析了飞机起落架半主动控制原理,建立了半主动控制起落架力学模型,比较了半主动控制中磁流变和电流变减震器优缺点,采用常规状态反馈控制方法和线性二次型最优控制方法,对起落架系统进行设计,得到了半主动控制器,通过仿真软件分别对半主动状态反馈和最优控制起落架模型进行了数值.结果表明,半主动控制起落架能够有效降低飞机冲击载荷和振动响应,使飞机很快达到稳定,采用线性二次型半主动最优控制方法效果较好.     

滚球隔振换能控制系统在风荷载激励下的研究

提出了基于滚球隔振和换能控制在风荷载激励下的智能控制系统,在结构物的底层采用滚球隔振并实施换能控制,利用滚球隔振大幅度地降低风荷载激励对上部结构的影响,同时发挥换能控制的优点,限制隔振层的相对位移并改善控制效果.建立了该控制系统的数学模型,该模型是非线性系统,有极强的鲁棒性,所以采用模糊控制算法实施智能控制.通过仿真分析研究了该系统的特点和算法的有效性.     

超大跨度悬索桥涡激振动响应与振动控制

超大跨度钢箱梁悬索桥的结构阻尼和刚度较小,其竖向模态频率低且密集,随风速变化加劲梁可能先后发生多次涡激振动。首先针对某超大跨度悬索桥,进行有限元建模和动力分析。为研究悬索桥多模态涡激振动响应机理和有效抑振措施,在忽略气动刚度和气动阻尼影响时,通过简化Scanlan经验非线性涡激力数学模型得到简谐涡激力数学模型。然后以各竖向模态涡振最大位移响应为优化目标,基于液体黏滞阻尼器参数敏感性分析和调谐质量阻尼器(tuned mass damper, TMD)参数优化设计方法,分别确定阻尼器参数和TMD参数。最后探讨了黏滞阻尼器耗能系统控制悬索桥多阶竖向模态涡振的可行性,详细分析了TMD系统控制涡激振动的效果。结果表明：在塔梁间设置黏滞阻尼器对各竖向模态主要起振区域的涡振位移控制效果不理想;TMD系统能有效抑制常遇风速范围内加劲梁的多阶竖向模态涡振响应,将最大振幅严格控制在容许值以内,提高了加劲梁抵抗涡振变形的能力。