内共振对斜拉索面内瞬时相频特性的影响

为研究内共振对斜拉索的瞬时相频特性的影响,利用多尺度法对拉索面内分布激励下的运动方程进行摄动求解,分别得到不计内共振和计内共振2种状态下面内主共振响应的近似解析式以及其稳态方程,最后采用Hilbert变换分别得到两者面内响应与激励的瞬时相位差及其幅值.同时在小垂度条件下,研究了不同索力下内共振对拉索面内响应与激励的瞬时...     

不同频率影响下结构减振效果分析

利用MR阻尼器进行结构振动控制已得到广泛应用，并在时程分析中证明了其良好的减振效果。但不同频率地震波输入将对建筑物减振效果产生怎样的影响，减振效果和结构物本身自振频率是怎样的关系，这些是以往的时程分析所不能解决的。从这些问题出发，通过对一在底层安装了一个磁流变阻尼器的十二层结构在不同的地震波滤波工况下减振效果进行分析，得出不同频率输入和减振效果的关系。     

逆变型磁流变阻尼器的实验和分析

磁流变液是一种性能优良的智能材料,用其制成的MR阻尼器是一种理想的半主动控制装置。本文提出了一种新型MR阻尼器——逆变型MR阻尼器,给出了逆变型MR阻尼器的设计方法,并设计了一个足尺的阀式逆变型MR阻尼器。实验证明逆变型MR阻尼器阻尼力可调,在电源失效或无电源时能够在大阻尼状态工作,这提高了半主动控制装置在地震中的使用安全性。逆变型MR阻尼器具有良好的可靠性、实用性和经济性。本文最后针对试验中阻尼器出力的可调范围比较小的问题给出了几种改进的思路。     

黏滞阻尼器对拉索参数振动的控制分析

提出采用黏滞阻尼器对拉索参数振动进行控制,建立了黏滞阻尼器控制拉索参数振动的运动方程。从频域和时域以及起振幅值等角度,研究了最优黏滞阻尼器对不同垂度拉索参数振动的控制效果;此外,还研究了最优黏滞阻尼器安装位置对拉索参数振动控制效果的影响。研究表明,黏滞阻尼器可以有效控制拉索的参数振动,控制效果与拉索的激励幅值、最优阻尼器的安装位置和斜拉索的垂度有关。激励幅值越大,控制效果一般越差;最优阻尼器的安装位置越靠近跨中,则控制效果越好;黏滞阻尼器对大垂度拉索的控制效果不及对小垂度拉索的控制效果。     

面内端部激励下斜拉索振动方程推导与求解

为精确描述面内端部激励下拉索非线性振动机制,构建抽象端部激励下的拉索力学描述模型,分别推导了拉索拟静态振动和模态振动控制方程,基于有限差分法给出了拉索模态振动的数值求解方法。由于垂度效应的影响,在轴向、竖向以及轴向和竖向共同激励下拉索的拟静态索力与端部位移采用一个非线性方程予以表征。拉索拟静态振动可视作外部激励施加在拉索上,引起拉索的非线性模态振动,通过理论推导分别求得模态振动的控制方程和变形协调方程。在模态振动过程中,拉索的动力特性(如刚度和周期)不断变化,索力和拉索变形相互耦合,使得其求解非常复杂。采用有限差分法进行数值求解,并基于有限元方法验证了数值求解方法的准确性。重点讨论了拉索模态振动共振机制,结果表明,在轴向、竖向以及轴向和竖向激励下,拉索模态振动存在多个共振区域,包括小周期、0.5T₁、T₁和2T₁等(T₁为成桥状态下拉索基本振动周期);在共振区域内,拉索振动索力幅度较大,模态振动对总索力的贡献系数较高,超过0.4,在实际工程中不容忽视;拉索阻尼对模态振动的影响较大,增加拉索阻尼比将改...     

基于AFSMC算法的结构非线性振动MR控制与仿真分析

作为最近发展起来的高性能半主动控制装置,磁流变阻尼器通过改变磁场强度来调节控制力,可靠度高,体积小,出力大,并且具有Fail-Safe的特点,是一种具有广泛应用前景的新型结构控制装置。本文主要研究结构非线性振动的磁流变阻尼半主动控制。首先采用我们提出的自适应模糊滑模控制(AFSMC)算法得到了结构非线性振动的主动控制力,然后参照主动控制力,提出和仿真实现了结构非线性振动的磁流变阻尼半主动控制。最后,针对3层和20层benchm ark非线性模型,每层均设置一个磁流变阻尼器,对在给定的地震动下的结构响应进行了计算,分析了半主动控制跟踪主动控制的效果,并且对于半主动控制下的结构位移响应、加速度响应等各项指标也进行了对比分析。仿真结果表明,由于自适应模糊滑模控制算法与半主动控制算法相结合可以很好地实现结构非线性振动的半主动控制,所以能够得到令人满意的控制结果。     

磁流变阻尼器的两种力学模型和试验验证

本文根据我们设计制作出的磁流变阻尼器的阻尼特性试验结果，提出了描述阻尼器动态特性的两种新的力学模型。一种称之为修正的Bingham模型，它由Bingham单元（库仑摩擦单元与粘滞单元并联）与弹簧单元串联组成。该弹簧单元与磁流变液屈服前区的初始剪切模量和蓄能器的刚度等有关。另一种称为修正的Dahl模型，它采用Dahl模型来模拟库仑摩擦力，克服了常用的Bouc-Wen模型需要确定的参数过多的缺点。为了使模型在阻尼器的电流强度（磁场强度）改变的情况下仍然有效，引入一个内变量描述模型参数与电流强度（磁场强度）的关系。最后，通过理论分析与试验结果的比较，证明本文提出的两种力学模型能够较为精确地描述大多数的磁流变阻尼器在改变电流强度（磁场强度）情况下的动态特性。     

基于半主动控制的MR阻尼器控制力优化

本文研究半主动控制系统中磁流变(MR)阻尼器的控制力优化问题,从而提高MR阻尼器的半主动控制效果。文中首先建立了多自由度结构MR阻尼器控制系统的运动方程;然后根据MR阻尼器的出力特性提出了结构控制的半主动控制律,并对控制率中MR阻尼器的最大控制力设计值提出了不同的优化取值方法;最后仿真分析了MR阻尼器的不同最大控制力设计值对不同自由度结构的控制效果。研究表明,当设计值取最优控制力的平均绝对值或均方根值时,MR阻尼器的最大控制力比最优控制力的最大值降低了85%,而控制效果降低不多,可以满足对结构的控制要求;降低最大控制力设计值后,不但可以充分发挥MR阻尼器的出力性能,而且可以缩小MR阻尼器的设计尺寸,便于工程应用。     

磁流变阻尼器在受控结构中的优化布置

高层建筑结构中由于地震引起的结构体系的振动是十分严重的,利用磁流变阻尼器进行振动控制的方法可以有效减小体系的振动反应、这种振动控制的效果,不仅取决于阻尼器出力大小和控制算法的优化,也取决于阻尼器在高层结构中的布置位置。首先对近年来出现的许多优化布置方法进行了阐述,论述了这些方法的优缺点,然后选用了一种优化布置方法并结合一个结构体系进行了阻尼器的优化布置研究,最后给出了阻尼器优化布置的几个原则。研究的结果表明通过阻尼器在高层结构中的优化布置可以有效提高振动控制的效果．     

基于第一振型的结构控制MR阻尼器优化设计

磁流变阻尼器是一种性能优良的智能阻尼器,将其应用于实际工程中具有广阔的前景。但目前对其在结构中的优化设计研究还不够多。提出一种用于中底层建筑MR半主动控制阻尼器优化设计的方法,它是以控制结构的第一振型反应为目标,可以兼顾安全和经济两方面的要求,且设计过程较为简便。仿真计算表明,对比以往所采用的试算法,这种方法在控制的有效性和可行性方面都有观显提高。     

飞机航电设备的半主动磁流变控制

本文提出一种新的航电设备减振控制策略,采用半主动磁流变阻尼器与小阻尼柔性橡胶支座来取代目前采用高阻尼刚性橡胶支座的方法,以降低对航电设备的耐振要求,增强飞机飞行的安全性。本文建立了航电设备减振控制的两自由度刚体平-扭耦联模型,荷载激励考虑了基底平动与转动加速度。磁流变阻尼器的半主动控制算法选用限幅最优控制算法,主控制器为H2/LQG控制器,并采用一种加速度反馈的控制策略。针对目前的被动控制方案,本文研究了支座阻尼对减振控制效果的影响。为了得到最优的半主动控制效果,本文对控制器的权矩阵进行了参数优化分析。文中针对一系列工况详细比较了本文所提出的半主动控制策略与目前被动控制策略的减振控制效果。仿真分析结果表明,磁流变阻尼器可以非常有效地减小航电设备的动力反应,新的减振控制策略远优于现有的被动控制方案。     

Mitigation of micro vibration by viscous dampers

This study proposes a micro vibration mitigation system using viscous dampers to solve the problem of vibration in a high-tech building.Due to the operating frequency of the air conditioners and fundamental mode of the floors,a resonant phenomenon is occasionally experienced at the upper levels of the structure.Several strategies were considered,and viscous dampers combined with a suspension system were chosen to mitigate this annoying situation.A theoretical analysis was f irst executed to determine the op...     

Experimental performance evaluation of an equipment isolation using MR dampers

Critical non‐structural equipments, including life‐saving equipment in hospitals, circuit breakers, computers, high technology instrumentations, etc., are vulnerable to strong earthquakes, and the failure of these equipments may result in a heavy economic loss. In this connection, innovative control systems and strategies are needed for their seismic protections. This paper presents the performance evaluation of passive and semi‐active control in the equipment isolation system for earthquake protection. Through shaking table tests of a 3‐story steel frame with equipment on the first floor, a magnetorheological (MR)‐damper together with a sliding friction pendulum isolation system is placed between the equipment and floor to reduce the vibration of the equipment. Various control algorithms are used for this semi‐active control studies, including the decentralized sliding mode control (DSMC) and LQR control. The passive‐on and passive‐off control of MR damper is used as a reference for the discussion on the control effectiveness. Copyright © 2008 John Wiley & Sons, Ltd.     

一种放大位移型SMA阻尼器的减震控制分析

利用形状记忆合金(SMA)材料的超弹性,本文提出了一种放大位移型SMA阻尼器,建立了装有该阻尼器的框架有限元模型并对该框架的地震反应实施了模拟减震控制。分不安装阻尼器、安装不放大位移阻尼器和安装放大2倍层间位移阻尼器三种工况,输入El Centro和Taft地震动,对比研究了阻尼器的减震控制效果。分析结果表明:(1)放大位移型SMA阻尼器的控制效果优于不放大位移型SMA阻尼器;(2)该放大位移型SMA阻尼器对位移的控制效果优于对加速度的控制效果。     

Experimental verification of a wireless sensing and control system for structural control using MR dampers

The performance aspects of a wireless ‘active’ sensor, including the reliability of the wireless communication channel for real‐time data delivery and its application to feedback structural control, are explored in this study. First, the control of magnetorheological (MR) dampers using wireless sensors is examined. Second, the application of the MR‐damper to actively control a half‐scale three‐storey steel building excited at its base by shaking table is studied using a wireless control system assembled from wireless active sensors. With an MR damper installed on each floor (three dampers total), structural responses during seismic excitation are measured by the system's wireless active sensors and wirelessly communicated to each other; upon receipt of response data, the wireless sensor interfaced to each MR damper calculates a desired control action using an LQG controller implemented in the wireless sensor's computational core. In this system, the wireless active sensor is responsible for the reception of response data, determination of optimal control forces, and the issuing of command signals to the MR damper. Various control solutions are formulated in this study and embedded in the wireless control system including centralized and decentralized control algorithms. Copyright © 2007 John Wiley & Sons, Ltd.     

减震结构中的粘弹性阻尼器参数优化

研究了粘弹性阻尼器在结构减震控制中的参数优化问题。从性价比的角度提出r优化目标函数,建立了阻尼器的参数优化模型。以一单层框架为例,分别选用非线性规划中的复形法和通过调用MATLAB程序优化工具箱中Fmincon函数（简称Fmincon函数法）两种方法,编制丁相应的优化分析程序,对粘弹性阻尼器在单层框架结构减震控制中的参数优化进行丁分析。研究结果表明,两种优化算法都达到了预期的目标,实现了目标函数最小化。     

Semi‐active fuzzy control for seismic response reduction using magnetorheological dampers

A semi‐active fuzzy control strategy for seismic response reduction using a magnetorheological (MR) damper is presented. When a control method based on fuzzy set theory for a structure with a MR damper is used for vibration reduction of a structure, it has an inherent robustness, and easiness to treat the uncertainties of input data from the ground motion and structural vibration sensors, and the ability to handle the non‐linear behavior of the structure because there is no longer the need for an exact mathematical model of the structure. For a clipped‐optimal control algorithm, the command voltage of a MR damper is set at either zero or the maximum level. However, a semi‐active fuzzy control system has benefit to produce the required voltage to be input to the damper so that a desirable damper force can be produced and thus decrease the control force to reduce the structural response. Moreover, the proposed control strategy is fail‐safe in that the bounded‐input, bounded‐output stability of the controlled structure is guaranteed. The results of the numerical simulations show that the proposed semi‐active control system consisting of a fuzzy controller and a MR damper can be beneficial in reducing seismic responses of structures. Copyright © 2004 John Wiley & Sons, Ltd.     

SMA复合摩擦阻尼器性能的试验研究

利用形状记忆合金(SMA)的超弹性效应及高阻尼性能,结合传统Pall摩擦型阻尼器的特点,提出了一种SMA复合摩擦阻尼器。在建立阻尼器力学分析模型的基础上,对SMA复合摩擦阻尼器的性能进行了试验研究,分析了位移幅值、加载频率等对阻尼器的等效刚度、单位循环耗能和等效阻尼比的影响,并与理论分析结果进行了对比。研究表明,SMA复合摩擦阻尼器在加卸载循环下会形成比较稳定的滞回曲线,表明这种阻尼器具有良好的耗能能力。     

Semi‐active multi‐step predictive control of structures using MR dampers

A semi‐active multi‐step predictive control (SAMPC) system with magnetorheological (MR) dampers is developed to reduce the seismic responses of structures. This system can predict the next multi‐step responses of structure according to the current state and has a function of self‐compensation for time delay that occurred in real application. To study the performance of the proposed control algorithm for addressing time delay and reducing the seismic responses, a numerical example of an 11‐story structure with MR dampers is presented. Comparison with the uncontrolled structure indicates that both the peak and the norm values of structural responses are all clearly reduced when the predictive length l?10 and the delayed time step d?20 are selected, and the SAMPC strategy can guarantee the stability of the controlled structure and reduce the effects of time delay on controlled responses to a certain extent. A performance comparison is also made between the SAMPC strategy and the passive‐off and passive‐on methods; results indicate that this SAMPC system is more effective than the two passive methods in reducing structural responses subjected to earthquakes. Copyright © 2008 John Wiley & Sons, Ltd.