基于RDRNN的变阻尼半主动结构控制振动试验研究

在一个1：4的五层模型刚架结构上进行了变阻尼半主动结构控制的振动台试验,应用多输入多输出分支动态递归神经网络模型RDRNN建立了神经网络控制器,利用已有的试验数据对神经网络控制器进行训练,然后应用该神经网络控制器对结构进行变阻尼半主动结构振动控制,输入了几种不同的地震波,对比分析了该神经网络控制器的控制效果。振动参试验结果表明,应用神经网络控制器对结构进行变阻尼半主动结构控制,可以达到较好的控制效果,所需控制信息较少,并且对不同的地震激励有较强的荷载适应性。     

变刚度半主动结构振动控制

变刚度半主动控制是通过改变结构的刚度来减小结构的振动反应。本文提出了变刚度半主动控制系统及其理论,并研制了该系统,成功地实现了变刚度半主动控制振动台试验。试验与分析表明,所提出和研制的半主动控制系统能够有效地减小结构的振动反应。该系统可实现全部硬件化、构造简单、造价低、健壮性好、鲁棒性好,具有很大的应用前景。     

周期性基础地震波衰减性能及其试验验证EI北大核心CSCD

为了验证周期性结构对波的阻隔作用,基于Bloch-Floquet理论,推导周期性结构的频散关系,得到周期性结构的频率带隙。建立一维层状周期性基础数值模型,分别以环境振动和地震波作为输入波,通过数值模拟和振动台试验对有无周期性基础的三层钢框架模型进行了频域分析和时程分析。结果表明:当输入波的频率处于周期性基础频率带隙内时,可以有效地减小上部结构的动力响应;当输入波的主频处于周期性基础频率带隙外时,无法减小上部结构的动力响应。因此,通过调节周期性基础频率带隙宽度使其覆盖地震波的主要频段,可以有效阻隔地震波的传播,减小工程结构的地震响应。     

考虑人体舒适度的大跨度悬挂结构振动控制研究

大跨度悬挂结构动力特性复杂,悬挂楼板在人行荷载激励下容易产生较大振动.在研究某大跨度悬挂结构自振特性的基础上,针对大跨度悬挂结构在不同工况人行荷载激励下楼板的竖向振动,提出了在悬挂楼板上布置多组不同参数TMD(MTMD)的振动控制方法.根据大跨悬挂结构的动力特性,对减振系统的布置位置以及参数设置提出了实用的设计方法,其中各TMD的自振频率需要结合结构竖向自振频率以及人行荷载的激励频率来确定.工程实例的减振分析结果表明,设置MTMD系统并合理选取其参数后,快、慢走激励下楼板的竖向振动均可以得到较好的抑制,平均减振效果可以达到20%,从而使结构在使用时满足人体舒适度的要求.在实际工程应用前需要对实际结构进行动力特性测试来减小各种因素可能带来的误差.     

非线性阻尼变刚度半主动结构振动控制

提出了具有非线性阻尼器的可变刚度系统及其半主动振动控制理论与方法，通过对５层钢框架试验模型的仿真计算，分析了非线性阻尼变化对结构振动响应的影响。分析结果表明：所提出的半主动控制系统能够有效地减小结构的振动反应。     

振动试验机电传递函数的结构动特性分析

在振动试验中,应用试验件与振动台台面组成大系统的建模方法,建立振动台的台面控制加速度与驱动电压之间的机电传递函数,分析试验件固支模态频率与机电传递函数零点体系之间的对应关系,当将振动控制仪的驱动电压看作为整个系统的广义激励时,试验件的固有频率可以在只有台面控制加速度的情况下得到辨识。最后以π形钢梁的振动试验结果验证了该方法的正确性。     

输电塔线体系风振反应的半主动摩擦阻尼控制

该文研究了智能半主动摩擦阻尼器对输电塔线体系风振反应的控制问题.该文提出了一种适用于输电塔结构风振控制的半主动摩擦阻尼器力学模型,建立了输电导线动力分析的多自由度模型,并建立了塔线耦联体系的受控动力分析模型和动力分析方法.基于半主动摩擦阻尼器的特点,提出了抑制结构风振反应的两种半主动控制策略.通过数值研究考察了半主动摩擦阻尼器对输电塔线体系风致振动响应的控制效果,并进行了相应的参数研究.研究表明,半主动摩擦阻尼器形式简单、具有较好耗能能力,可以有效地抑制输电塔的风致振动.     

频率对爆破地震作用下结构的动力响应的影响研究

基于结构动力学理论分析了结构在爆破地震作用下的动力响应,发现结构位移响应函数包含结构自振频率和爆破地震谐波频率因子.在此基础上提出了"频比系数"和"结构振动敏感谐波"2个概念.理论分析表明,爆破地震频率和结构自振频率对结构振动响应的影响可以综合为频比系数对结构振动响应的影响,并且这种影响是通过由于频比系数值的改变引起振幅放大系数值的变化而实现的;在所有的爆破谐波当中,结构振动敏感谐波引起的结构振动响应最大,且结构振动响应的主频与其振动敏感谐波的频率相同;在实际工程中,不仅要求显著频率段和主频要远离结构固有频率,而且还应尽可能使显著频率段的谐波频率和主频高于结构固有频率.最后,提出了将频比系数纳入爆破振动安全评估指标的构想.     

模型结构的磁流变阻尼减振控制试验研究

在磁流变阻尼器力学性能试验基础上,利用MTS793系列软件平台,对安装有两种不同型号磁流变阻尼器的五层钢框架模型结构进行了地震模拟振动台减振控制试验,控制策略包括两种被动控制和基于有限传感器的H∞静态输出反馈控制方法的半主动控制。试验结果表明:两种磁流变阻尼系统的被动控制与半主动控制均可以有效减小地震作用下模型结构的位移反应和绝对加速度反应;当磁流变阻尼控制Passive-off提供的阻尼力过大时,Passive-on只起着刚性支撑的作用;当磁流变阻尼控制Passive-off提供的阻尼力较小时,Passive-on的控制效果要好于Passive-off;半主动控制与被动控制相比,优势并不明显。指出了磁流变阻尼器与模型相匹配的重要性,在工程应用中应引起高度重视。     

基于局部主频率的子结构损伤识别研究与试验

针对大型复杂结构的整体监测常常面临测量信息不足等困难,提出只利用局部动态响应进行子结构损伤识别的局部主频率方法.子结构的局部主频率指:如果整体模态中含有以局部子结构位移为主的模态,即等价于在局部激励作用下,整体结构的振动主要体现为子结构的振动,并且主要以这阶局部模态振动为主,那么对应的该阶频率即定义为子结构的局部主频率.局部主频率主要反映子结构的局部特性,对子结构损伤的灵敏度高,所以只利用局部主频率就可以识别子结构.当子结构特征不明显时,提出通过附加质量使子结构具有局部主频率的有效方法.该文进行了大型空间桁架的局部动力测试试验,试验中通过附加质量使杆件子结构具有局部主频率,并能准确地识别出杆件损伤的位置和程度.     

核电厂隔震结构的振动台试验研究

将基础隔震技术应用于核电厂的设计和建造,不仅可以实现上部结构和内部设备、管道的标准化设计,缩短设计和建造周期,提高核电厂建设的经济性,而且可以提高结构的抗震裕度,有效抵抗超过设防烈度的地震动。为此,该文分别采用传统橡胶隔震支座和厚层橡胶隔震支座,制作传统水平基础隔震模型和三维基础隔震模型,结合油阻尼器控制核电厂结构的地震响应。通过振动台试验和数值模拟,对比了隔震模型和非隔震模型在时域和频域的地震响应。研究表明,在水平方向,两种隔震结构的水平加速度相对于非隔震结构均可以降低约50%;在竖直方向,三维隔震结构的楼层反应谱峰值向低频2Hz~3Hz移动,避开了设备和管道的主频率范围10Hz~20Hz,即可以实现设备和管道的竖向隔震。同时,试验和分析均证明对隔震层附加约为15%的水平阻尼比,可以有效降低结构的地震响应,并使水平楼层反应谱峰值减小约50%。     

高层建筑非线性地震反应的半主动H∞控制

针对国内外学者多数集中于研究地震激励作用下结构线性反应的振动控制的现状，采用MR阻尼器作为控制装置，提出了能有效抑制强烈地震激励下高层建筑非线性反应的半主动H∞控制；通过观测楼层的加速度和半主动控制力，构建了适用于半主动控制的Kalman-Bucy状态估计器。该方法有效地考虑了地震荷载的不确定性。对一个受控的20层基准建筑进行了非线性反应的数值仿真分析，并与其他控制策略的结果进行了对比分析。结果表明，半主动H∞控制是一种性能优良的控制策略，能有效地抑制高层建筑结构的非线性地震反应，减小强烈或罕遇地震对建筑结构的破坏。     

基于前馈补偿的振动台粒子群迭代学习控制算法

针对电磁式振动台对地震波信号复现精度低及复现过程中迭代次数较多的问题,在建立准确的振动台模型的基础上,提出了基于加速度模型的前馈逆模型补偿方法,主要提高电磁式振动台低频特性.此外,针对迭代学习控制算法在振动台波形复现中收敛速度慢的问题,提出了带遗忘因子的反馈辅助PD型迭代学习算法,并用改进自适应粒子群算法,离线优化控制...     

混凝土框架震损与修复过程动力特性的试验研究

该文以地震下、修复中以及修复后遭遇地震的钢筋混凝土框架的动力特性为研究目的,进行了框架模型的初次振动台试验、震损后修复和再次振动台试验。试验对象为相似比1/4的双跨8层混凝土框架。在初次振动台试验中,框架模型经过31个工况地震波和5次白噪声的输入,结构破坏明显。其后,对框架损伤区域的裂缝进行压力注胶修补,并通过地脉动法和撞击荷载法监测修复过程中结构动力特性的变化。修复后,再次进行工况相同的振动台试验。试验结果表明:框架模型的频率随输入地震动幅值的加大而明显降低,阻尼比则随之明显增大;修复过程中,结构的频率和阻尼比逐步恢复,第一自振频率达到甚至超过模型的原有水平;修复后的再次振动台试验中,模型的频率降幅及阻尼比的增幅均低于初次振动台试验。结合两次试验中结构的变形幅度可知,结构动力特性与其抗震性能有密切的关系。通过动力特性指标的变化,能有效反映框架结构在震损及修复中的抗震性能。     

Stochastic optimal control of wind-excited tall buildings using semi-active MR-TLCDs

A new semi-active control device, magneto-rheological tuned liquid column damper (MR-TLCD), has been devised recently by the authors for mitigation of wind-induced vibration response of tall building structures. The developed device combines the benefits of magneto-rheological smart materials and tuned liquid column dampers. In this paper, real-time semi-active vibration control of tall building structures incorporating nonlinear MR-TLCDs under random wind excitation is studied by means of the statistical linearization method and the optimal linear quadratic (LQ) control strategy. The equations of motion of a tall building structure subjected to random wind loading and controlled by using MR-TLCDs at the top floor are first derived and represented in modal coordinate. After linearizing the uncontrollable part of MR-TLCD damping force and incorporating it with structural components, the classical linear quadratic (LQ) control strategy is applied to the linearized structural system to determine optimal control force of the MR-TLCDs. Clipping treatment is performed to ensure the commanded control force implementable by the MR-TLCDs. Wind-excited response of the semi-actively controlled structural system is evaluated by using the frequency-response function and then compared with that of the passively controlled structure to determine the control efficacy. A case study of a 50-story building structure is conducted to illustrate excellent control efficacy of the proposed semi-active MR-TLCD control system.     

高层建筑结构扭转耦合地震反应阻尼器控制试验研究

运用最近提出的阻尼筒控制系统对高层建筑结构扭转耦合地震反应阻尼器控制进行振动台模型试验研究。首先简要介绍了阻尼筒控制系统的构造和控制原理及其阻尼特性的测试试验,继而在振动台上对一三层钢框架模型进行了模型试验研究。试验结果表明,通过对该三层框架模型施加阻尼筒控制,其顶层扭转角位移反应得到了显著的降低,从而验证了阻尼筒控制系统不仅能有效地控制高层建筑结构的水平地震反应,而且能有效地控制高层建筑结构的扭转耦合地震反应,因而在工程中具有广阔的应用前景。     

斜拉桥参数振动有限元分析与半主动控制

采用有限单元法分析了斜拉桥的非线性参数振动问题,验证了在一定的频率范围内斜拉索与桥面板会发生参数共振;提出了应用形状记忆合金(SMA)对斜拉桥的参数振动实施半主动控制,并数值模拟了其控制效果,结果表明,斜拉桥参数振动的SMA半主动控制,不仅能大幅度地降低斜拉索和桥面板的振动,而且能有效地抑制斜拉桥参数共振的发生。     

车辆半主动悬架阻尼多模式切换控制研究

为提高车辆行驶平顺性,提出了一种基于阻尼多模式切换减振器的车辆半主动悬架及其控制方法。相较于传统阻尼可调减振器,该新型减振器通过控制两个高速开关电磁阀的通断状态即可实现四种不同的阻尼工作模式,从而使得车辆半主动悬架的阻尼控制更加高效和节能。分析了阻尼多模式切换减振器的基本原理,建立了减振器阻尼特性数学模型。结合车辆悬架系统的阻尼比范围,确定了减振器关键部件参数,并通过仿真获取了四种阻尼工作模式下的减振器复原阻尼系数和压缩阻尼系数。在此基础上,进一步建立了车辆半主动悬架数学模型,采用模糊控制逻辑设计了悬架阻尼多模式切换控制策略。仿真结果表明,相较于传统被动悬架和基于天棚控制的半主动悬架,基于阻尼多模式切换减振器的车辆半主动悬架可以进一步改善车辆行驶平顺性。     

高速列车半主动悬挂系统遗传优化模糊控制

为有效抑制高速列车车体的横向振动,在ADAMS/Rail软件中建立列车横向半主动悬挂动力学模型,在Matlab中编写遗传算法程序,提出采用浮点数与整数混合编码和基于个体适应度值标准差的自适应遗传交叉、变异概率的方法,优化半主动模糊控制器的量化因子、比例因子、隶属度函数和模糊规则,以车体前后两端横向振动加速度的均方根值作为遗传算法优化性能指标,不断优化半主动悬挂系统的模糊控制器。联合仿真结果表明：采用遗传优化设计模糊半主动悬挂,能有效抑制车体横向振动加速度,改善列车的乘坐舒适性。     

悬吊TMD对高柔结构风振反应的半主动控制

通过南京电视塔这个工程实例，系统地介绍了悬吊ＴＭＤ（ＴｕｎｅｄＭａｓｓＤａｍｐｅｒ）对高柔结构脉动风振反应半主动控制的基本原理和设计计算方法。文中，在建立悬吊ＴＭＤ和结构受控响应运动方程的基础上，应用随机振动和等价线性化的方法得到了ＴＭＤ装置中环型质量ＭＴ，弹簧刚度ＫＴ和阻尼器参数ＣＴ的求取方法。同时，根据可调阻尼器所产生的半主动阻尼力应尽量接近最优主动控制力的原理，得到了可调阻尼器阀门阻尼系数的调整公式。依据上述结果，在设计了悬吊ＴＭＤ参数的基础上，对悬吊ＴＭＤ对南京电视塔的风振控制进行了计算机模拟。结果表明，悬吊ＴＭＤ对高柔电视塔风振反应的半主动控制有很好的效果，它使太空舱的风振加速度响应减小了３８％。