基于SMA主动阻尼的桅杆振动控制的研究

将SMA(Shape Memory Alloy, 形状记忆合金)丝作为桅杆结构的纤绳或纤绳的一部分,把它和PSD光电位置传感器、数据采集板、计算机、恒流源组成控制系统,以对桅杆的振动进行控制。对桅杆结构的振动控制试验表明,处于超弹性状态的SMA纤绳,可以成为性能优异的主动阻尼器,并有效地使结构振动得到抑制。     

桅杆在自然风中生命链研究 第二部分 桅杆保护系统（TMD）控制设计

1　引言众所周知,拉线式桅杆结构是受气候影响(风、裹冰等)最显著的高耸结构之一。在随机风作用下,桅杆的振动是纤绳振动、杆身振动,纤绳和杆身相互制约的振动三方面共同组成的一种空间非线性振。所以,桅杆结构的振动很复杂,需要进行控制,否则将易导致结构的破坏,例如,仅在1995     

桅杆结构振动响应的计算研究

本文基于状态空间，对桅杆结构振动响应数值计算方法进行了研究，同时对桅杆承受横摇和基础激励时的振动响应进行了计算分析，取得了一些有价值的结果。     

船体结构刚度对桅杆振动特性的影响及控制

采用Euler-Bellouli梁理论推导出桅下船体结构旋转刚度和桅杆首阶固有频率参数之间的关系．用桅下船体结构的旋转刚度ka和桅杆参数EI/l的比值判断桅下船体结构的旋转刚度对首阶固有频率的影响，对一个安装在不同旋转刚度基础上的桅杆实例进行了有限元计算，找出了桅下船体结构旋转刚度的合理设计范围。有限元软件仿真计算结果表明，合理地选择ka值可使桅杆首阶振动频率得到主动控制。     

结构主动控制的实验研究

结构主动控制是结构振动控制的一种最为有效的方式，属土木工程中的高科技领域，目前国内外对结构主动控制理论和算法已有一些研究，其试验研究很少，美国国家Ｂｕｆｆａｌｏ地震工程研究中心Ｔ．Ｔ．Ｓｏｏｎｇ教授进行了世界上第一个结构主动控制试验，本试验是我国第一个结构主动控制试验。本文针对五层钢框架（１：４）模型设计建立了主动质量阻尼（ＡＭＤ）主动控制系统，成功地完成了ＡＭＤ主动控制试验，并对试验结果进行了分     

结构的主,被动振动控制及相互影响分析

同时采用被动和主动控制方法来抑制结构的振动，可以利用两者的优势以达到更好的控制效果。以粘弹性阻尼器和压电晶体作动器为被动和主动控制元件，建立了主结构与控制元件一体化的复合结构运动控制方程，以平面桁架结构为例进行了数值分析，研究了控制器设计和系统参数选择、主动振动控制的效果以及被动振动控制与主动振动控制的相互影响等问题     

柔性结构的模糊主动振动控制研究

针对柔性结构在不同激振信号下的振动抑制问题，研究了如何应用模糊控制理论实现柔性结构的主动控制，提出了一种基于连续模糊判决函数的模糊ＰＤ主动振动控制方法，对悬臂梁分别在瞬态、正弦及随机激振下的模糊ＰＤ主动振动控制进行了仿真研究。结果表明：模糊ＰＤ控制对上述三种激振信号的振动均有明显的抑制作用。由于模糊ＰＤ主动振动控制对结构的不依赖性，该方法对难以建模的大型柔性结构的主动振动控制具有实际意义。     

复合材料层合板智能结构主动振动控制的边界元法

利用边界元法模拟智能结构的振动控制，推导出具有压电传感器及致动器的复合材料层合板的边界积分方程，应用负速度反馈控制律，研究了复合材料层合板智能结构主动振动控制问题，算例分析证明该方程的正确性。     

埋入形状记忆合金丝的复合材料圆柱壳壁板的热振动特性分析

采用有限元软件ABAQUS实现了埋入形状记忆合金（SMA）丝的复合材料圆柱壳壁板结构热振动特性分析．基于“ang-Rogers本构模型编写用户子程序（UMAT）模拟形状记忆合金材料的超弹性行为和形状记忆效应，并在不同温度和应力状态下验证了程序的正确性．基于此程序，计算了埋入SMA丝的复合材料圆柱壳壁板在温度和机械载荷作用下的一阶固有频率，分析了其热振动特性和屈曲特性．模拟结果表明：加热驱动SMA丝一般会提高结构的固有频率和屈曲临界，SMA丝的数量对结构的热振动和屈曲特性有显著影响。这些结论将对智能复合材料结构设计、抗热设计有一定的指导作用。     

形状记忆合金纤维混杂正交对称铺层板的固有频率

形状记忆合金（SMA）混杂复合材料板是将有预应变的SMA纤维与普通纤维混杂单层内构成的。基于主动应变能调节（ASET）的概念,可实现对板的固有频率的调整。本文采用Galerkin法导出形状记忆合金（SAM）纤维混杂对称正交智能复合材料铺层板自由振动的频率的分析表达式。数值结果表明,SMA纤维的相变激发温度、体积含量、分布方式及其预应变对固有频率均有的影响,尤其是温度、SAM含量及其分布的作用更为显著,是结构振动控制的重要设计参数。     

磁流变阻尼器与拉索振动控制研究

磁流变阻尼器是一种新型智能装置,具有阻尼力连续逆顺可调并且可调范围大、良好的温度稳定性以及很好的耗能减振等特点,因而在拉索振动控制中较其它阻尼器具有显著的优势.本文总结介绍了自2000年以来应用磁流变阻尼器抑制拉索振动方面的主要研究成果.进行了拉索-磁流变阻尼器系统的减振性能仿真研究,得到了拉索模态阻尼比与阻尼器安装高度、输入电压等参数的关系,提出了应用磁流变阻尼器进行拉索振动控制的数学模型和工程实用设计方法.开展多次现场试验研究,全面评估了磁流变阻尼器的实际减振性能.开发了磁流变式拉索减振新技术,并已于2002年在岳阳洞庭湖大桥全桥实施.作者发明了一种永磁调节式磁流变阻尼器,解决了供电无保证时磁流变阻尼器的应用问题;并将其应用于长沙洪山大桥的拉索减振.近4年来显示了磁流变阻尼器对拉索良好的减振效果.     

单自由度SMA阻尼结构在高斯白噪声激励下的平稳随机振动分析

设计了一种超弹性形状记忆合金(Shape Memory Alloy, SMA)阻尼器。在SMA丝的Graesser本构模型基础上, 建立了SMA阻尼器的常规力学模型, 进而提出了其简化力学模型。采用随机等价线性化法建立了单自由度SMA阻尼结构在高斯白噪声激励下的平稳随机振动分析公式。算例比较了随机等价线性化法和蒙特卡罗(Monte Carlo)模拟法计算的结构振动响应, 证明了随机等价线性化法的有效性;比较了无控结构和SMA阻尼结构的动力特性和振动响应, 说明了SMA阻尼器能增加结构的刚度和阻尼比, 因而可有效抑制结构的振动。     

应用SMA智能阻尼器的结构模糊控制

利用形状记忆合金(SMA)的弹性模量随温度变化的特性和SMA超弹滞回耗能特性,设计提出一种新型SMA智能阻尼器。采用模糊控制器确定SMA智能阻尼器的SMA丝工作组数,从而瞬时准确地确定SMA智能阻尼器的刚度和阻尼的档位,并有效降低受控结构地震反应。利用MATLAB提供的模糊控制工具箱和Simulink模块建立仿真模型,数值分析某三层框架结构在无控、主动控制和模糊控制三种情况下的地震反应。仿真结果表明:在模糊控制情况下框架结构底层位移和加速度反应幅值分别降低了41%和48%,控制效果显著,接近主动控制的效果,从而验证了所设计提出的SMA智能阻尼器及其模糊控制的有效性与可靠性。     

斜拉索杠杆质量减振器的减振分析

提出一种新型的斜拉索减振器——杠杆质量减振器,对其构造、减振原理等进行了分析。采用非线性有限元法,通过计算LMD-斜拉索系统的复特征值来求解系统的阻尼特性。与油阻尼器相比,除首阶模态,系统的各阶模态阻尼比都有提高,表明其具有更好的减振效果。     

动力装备和建筑楼盖的动力吸振研究

为减弱动力装备和建筑楼盖的有害振动,对其被动、主动型动力吸振进行系统研究.引入粒子群优化(particle swarm optimization,PSO)算法,对主系统无阻尼和有阻尼被动型动力吸振的参数、采用线性二次型调节器(linear quadratic regulator,LQR)主动控制中的权矩阵、PID(pr...     

斜拉桥主梁振动对拉索阻尼器减振效果的影响分析

采用拉索索端阻尼器是大跨度斜拉桥拉索减振的主要措施之一。现有拉索阻尼器设计理论均假定索的两端为固结;然而,随着斜拉桥跨度的增大,桥梁结构整体刚度下降,主梁振动对拉索附加阻尼器减振效果的影响成为大跨度斜拉桥拉索减振设计需要考虑的问题。该文建立了索、梁和阻尼器组合系统的简化理论模型,并对其进行了复模态分析。以跨径分别为400m、650m和1km的3座斜拉桥主跨最长索为算例,分析了主梁振动对拉索附加阻尼器减振效果的影响,指出了现有阻尼器设计理论的不足。分析结果表明:主梁振动降低了拉索附加阻尼器的减振效果;在大跨度斜拉桥拉索的减振设计中,必须考虑主梁参与振动的影响。     

基于可变摩擦阻尼力的斜拉索半主动控制算法

通过比较线性粘滞阻尼器和摩擦型阻尼器的耗能,发现斜拉索采用摩擦型阻尼器获得的最大附加阻尼高于相应的线性粘滞阻尼器,进而提出了基于可变摩擦阻尼力的斜拉索半主动控制算法。该算法通过控制阻尼器位置处的拉索位移振幅来实时调节阻尼力,使其始终满足拉索-阻尼器系统的最优阻尼力幅值与最优阻尼器位移幅值的对应关系。按摩擦型阻尼器的方式耗能,系统获得的最大附加阻尼总是高于线性粘滞阻尼器的被动最优控制,且与振动频率无关,可以实现斜拉索的变频率多模态振动控制。最后,分别针对斜拉索的自由振动和简谐强迫振动进行了半主动控制算法的数值模拟,验证了其减振效果。     

确定斜拉索减振阻尼器优化参数的一种方法

斜拉桥拉索的大幅振动越来越引起人们的关注，目前减振的主要手段是安装阻尼器。本文推导了考虑拉索垂度、弯曲刚度的拉索-阻尼器系统运动方程，根据最优控制原理得到最优控制反映，提出了一种在具有控制结构约束下求解准最优控制力，进而求得优化阻尼系数的方法，并结合实桥拉索进行了仿真计算，所得结果表明该方法是有效可行的。所提方法对斜拉减振阻尼器参数优化设计具有一定的指导意义。     

桥梁风工程研究的若干新进展

介绍我们近年来结合桥梁抗风实际需要的4项研究成果。(1)桥梁节段模型强迫振动风洞实验方法与相应的颤振导数时域识别法与频域识别法,用同一批实验数据作了两种方法的对比研究。频域法自身包含有滤波过程,因而抗干扰能力强,识别的颤振导数曲线平顺光滑;时域法的定解方程对信号相位差较敏感,易受杂波干扰导致结果漂移或波动。(2)以佛山平胜大桥为工程背景,研究了上下行车道主梁相互独立并行带来的双幅桥面的气动干扰及串列双主缆的气动干扰问题。(3)拉索风雨振现场观测与振动控制研究。在岳阳洞庭湖大桥建立了风雨振观测系统,并连续四年进行了长时间现场观测,在风速、风向、雨量等参数对风雨振的影响规律与拉索风雨振振动形态方面有新的发现。开发了一套磁流变式拉索减振新技术,并已于2002年在岳阳洞庭湖大桥全桥实施,三年来显示了良好的减振效果。(4)针对城市桥梁磁流变减振系统的低压供电线路最易受到人为的破坏的问题,设计开发了一种永磁调节装配式磁流变阻尼器(PMAA-MR),并将其成功应用于长沙洪山大桥的拉索减振。