具有复阻尼特征板式变摩擦阻尼器滞回性能研究

为使减震装置具有复阻尼特征,提出一种板式变摩擦阻尼器。基于静力平衡条件推导了根据阻尼器几何、物理参数确定其滞回模型的理论公式,采用非线性有限元对阻尼器在静力往复作用下的滞回曲线进行了模拟,通过低周往复试验进行了阻尼器滞回性能试验研究,基于上述方法对影响滞回性能的关键参数进行了研究。研究结果:该阻尼器的滞回曲线为位于一、三象限、关于原点对称的三角形,理论公式和数值模拟得到的滞回曲线与试验数据吻合得较好,影响阻尼器滞回性能的关键因素是弹簧刚度、2个摩擦因素和1个角度。结果表明该阻尼器的滞回曲线具有明显的复阻尼特征,滞回模型的理论公式和数值模拟结果可用于指导此类阻尼器的设计。     

基于遗传算法的磁流变阻尼器模型参数识别

优化技术是一种以数学为基础,可用来求解各种工程问题最优解的应用技术.本文利用磁流变阻尼器动态特性数据,采用遗传算法进行阻尼器模型参数识别优化过程,最终将得到的磁流变阻尼器模型参数用于土木工程结构振动控制研究.已建立的磁流变阻尼器的动力特性将在不同的电场强度和变化的位移幅度下进行测试,可以得到在不同位移和速度下恢复力的滞回曲线,建立Bouc-Wen模型.把根据试验得到的滞回曲线和使用遗传算法对模型参数进行优化的结果进行比较可知,这种模型的参数可以以十分小的误差得到优化.     

旋转剪切式MR阻尼器的性能试验与改进滞回模型

基于Bingham力学模型,设计、制作小尺寸旋转剪切式MR阻尼器,通过数字式特斯拉计测量励磁线圈的磁感应强度.设计了阻尼器试验装置,并对此MR阻尼器进行2种激励位移、11种输入电流和4种激励频率共88种工况的力学性能试验,根据MR阻尼力—速度滞回曲线,克服Bingham模型在零速度附近不能说明阻尼力—速度的关系,引入惯性力项方法,提出了改进滞回曲线非线性力学模型.采用智能粒子群算法辨识修正的滞回力学模型参数,通过阻尼器试验数据与修正滞回力学参数值进行对比,证明此滞回模型能很好地描述MR阻尼器强非线性的动力特性.     

钢铅粘弹性阻尼器试验研究

研制开发了一种钢铅粘弹性阻尼器,介绍了该种阻尼器的构造、耗能机理及特点,设计出钢铅粘弹性阻尼器试验模型,利用压剪试验机完成阻尼器试验模型在不同幅值下的低周反复荷载试验,采用Bouc-Wen 模型和双线性模型模拟了钢铅粘弹性阻尼器的滞回性能。研究结果表明:1) 钢铅粘弹性阻尼器滞回曲线光滑饱满,具有良好的耗能性能;2) 铅芯、钢芯和粘弹性材料在剪切变形过程中发挥了良好作用,提高了阻尼器水平剪力、初始刚度和耗能能力;3) 阻尼器在大变形过程没有出现粘弹性材料外鼓和撕裂现象,并能恢复到原始加载位置,其具有较好的大变形能力和自恢复性能;4) Bouc-Wen模型、双线性模型模拟的滞回曲线与试验滞回曲线吻合的较好,分析时采用Bouc-Wen模型、双线性模型模拟阻尼器的滞回性能是可行的。     

铅芯橡胶基础隔震房屋模型地震反应分析

考虑铅芯橡胶隔震支座水平力—位移滞回曲线的实际特性、对隔晨支座的滞回特性和粘滞特性进行分析、提出了组合分析模型，铅芯橡胶隔晨支座滞回模型采用双线性库仓阻尼器模型及速度粘滞阻尼模型。对房屋模型进行了三维非线性动力时程分析，并与模型振动台试验结果进行了比较，计算分析与试验结果符合较好。     

扇形铅粘弹性阻尼器恢复力模型及设计方法研究

依据扇形铅粘弹性阻尼器组成材料的特性,给出了阻尼器的构造参数与恢复力学模型之间的关系,推导出该阻尼器恢复力模型公式,给出了阻尼器的设计方法。基于扇形铅粘弹性阻尼器的性能试验结果,对比分析了理论推导结果与试验结果,分析结果表明:扇形铅粘弹性阻尼器的力学性能主要取决于橡胶和铅芯两种材料,可用双线性恢复力学模型对其进行描述;该阻尼器滞回曲线及设计值与试验值吻合度较好,推导的恢复力模型公式合理可行。     

新型高阻尼黏弹性阻尼器性能试验研究

设计制作3个高阻尼黏弹性阻尼器,对其进行变形相关性和频率相关性的性能试验、疲劳性能试验及老化性能试验,以最大剪应力、存储剪切模量和等效黏滞阻尼比为指标研究阻尼器的性能规律,采用通用Bouc-Wen计算模型模拟其滞回曲线,并对比模拟结果和试验结果。研究结果表明:该阻尼器滞回曲线饱满、力学性能稳定,具有较强的耗能性能和大变形能力,抗疲劳性能和抗老化性能良好。变形对该新型高阻尼黏弹性阻尼器力学性能指标的影响明显,加载频率对其影响较小。Bouc-Wen模型的模拟结果与试验结果吻合良好。     

一种聚合阻尼耗能结构理论模型与地震响应研究

针对高层框架核心筒剪力墙结构体系在地震作用下层间位移小,阻尼器难以发挥较好耗能作用的问题,基于内核心筒和外围框架结构的变形特点,在框架核心筒的聚合变形位置设置位移放大型高效阻尼器（SDA）,形成了聚合阻尼耗能结构体系（NSD）。分析了位移放大阻尼器的耗能力学性能,提出了普通型黏滞阻尼器（VD）和放大型黏滞阻尼器的阻尼力及耗能理论公式。设计制作了 3 倍位移放大型黏滞阻尼器和普通黏滞阻尼器的试验模型,进行正弦波往复加载试验,得到不同试验工况下黏滞阻尼器的滞回耗能曲线,并将理论曲线与试验曲线进行了对比,验证了力学模型的正确性;对比 SDA 与 VD 的耗能效果,得出在相同位移下,SDA 比 VD 滞回曲线更加饱满、耗能更为显著。进一步对一栋聚合阻尼耗能结构进行地震响应分析,结果表明与传统结构相比,聚合阻尼耗能结构具有良好的减震性能。     

电流变阻尼器的设计及模型参数识别

因为电/磁流变阻尼器能够将主动控制和被动设备的优点有效结合起来,所以使用这种阻尼器的结构振动半主动控制方法在近年来吸引了更多人的目光.本文描述了关于电流变阻尼器的设计和动态特性试验.已建立的电流变阻尼器的动力特性将在不同的电场强度和变化的位移幅度下进行测试.通过一系列激振频率下的周期振动测试,我们可以得到在不同位移和速度下恢复力的滞回曲线,建立hysteretic biviscous模型.通过把根据试验得到的滞回曲线和使用hysteretic biviscous模型预测得到的滞回曲线进行比较可知,这种模型可以十分准确地获得阻尼器的非线性的阻尼特性.     

附设粘滞阻尼器的混凝土仿古建筑梁-柱节点恢复力模型试验研究

为了研究附设粘滞阻尼器的混凝土仿古建筑梁柱节点的恢复力模型,设计制作了4个试件,进行了快速动力加载试验,对试件的受力过程和破坏形态进行观察和记录。基于对试件在受力过程中表现出的典型特征的研究,并考虑加载动力效应,提出了试验试件的四折线骨架曲线模型及恢复力模型,并将其与试验结果进行了对比分析。研究结果表明:试件的从开始加载到最终发生破坏可分成开裂、屈服、极限、破坏4个阶段。试件从屈服阶段开始,随着加载的进行产生了明显的加载和卸载刚度退化及卸载残余变形;提出了四折线骨架曲线模型,其结果与试验结果的骨架曲线吻合度较高;并采用所提出的四折线恢复力模型计算得到了滞回曲线,将其变化趋势与试验滞回曲线的进行对比可以发现二者具有较高相似度,该模型可以较好地描述附设粘滞阻尼器的混凝土仿古建筑梁柱节点的滞回性能。     

压电驱动器的非对称迟滞模型

为了补偿压电驱动器的非对称迟滞,提出了改进型Maxwell迟滞模型.Goldfarb提出的经典Maxwell迟滞模型由多个基础单元并联叠加而成,其基础单元为单个弹簧-物块单元,迟滞特性为平行四边形,故只能描述对称迟滞.为了能描述压电驱动器非对称迟滞,提出了基础单元迟滞特性为梯形的模型.为了简化算法程序,将梯形单元优化为两个三角形单元组合而成.为了验证该模型,以压电工作台为实验对象,运用该迟滞模型的逆模型进行迟滞补偿控制.单独的迟滞逆模型前馈开环控制实验结果表明,位移跟踪相对误差从7.37％降到了1.56％,输入输出基本呈线性关系.逆模型结合PID复合反馈闭环控制实验结果表明,位移跟踪相对误差进一步降低到0.53％,输入输出呈很好的线性关系.这表明本文所建立的迟滞模型能很好地描述压电驱动器非对称迟滞特性.     

基于动态自由能磁滞模型的GMM-FBG电流传感器磁滞建模与参数辨识

为解决GMM-FBG电流传感器中存在的磁滞非线性和涡流损失问题,提出了一种耦合涡流损失模型的动态自由能磁滞模型,采用非线性遗传算法对该模型进行参数辨识和优化,提高了模型在工频下对磁滞曲线的预测精度.搭建了 GMM-FBG电流传感器实验平台,利用所建的磁滞模型对传感系统进行建模补偿和实验验证.实验结果表明该模型能够较好地...     

高频响应下音圈电机复杂迟滞特性建模与验证

为了实现音圈电机(Voice Coil Motor,VCM)在高频、高速、高加速情况下的精确定位控制,针对引起音圈电机产生振动、系统不稳定等问题的特殊复杂迟滞特性,建立了其复杂迟滞模型。改进了C-S迟滞模型,提出了C-S神经网络混合动态复杂迟滞模型;用音圈电机的两组实测数据验证了模型的有效性。实验结果为：音圈电机工作在低频、低速、低加速时(10Hz)表现出一般的迟滞特性,这时建模的最大误差为4.8μm,是最大输出值的0.48%,表明该方法能够有效的补偿音圈电机一般的迟滞特性;音圈电机工作在高频、高速、高加速时(40Hz)表现出特殊的复杂迟滞特性,其建模的最大误差为6μm,是最大输出值的0.97%。说明该方法能够满足复杂迟滞特性建模的要求。     

A method for the determination of the parameters of the hysteresismodel of magnetic materials

Many methods have been proposed for the determination of the hysteresis loops of magnetic materials, and many mathematical approaches have been proposed to find a good model for the hysteresis phenomenon. However, very few attempts have been made to determine the parameters of the hysteresis model experimentally. This paper shows how, starting from a digital method for the experimental determination of the hysteresis loop under different maximum induction values, the parameters of a hysteresis model can be automatically estimated with good accuracy. Due to its good behavior in terms of accuracy and to the comparative ease in determining its parameters, the Preisach model for rate-independent hysteresis phenomena was chosen. Experimental determination of the model and consequent hysteresis loop computation were carried out. An accuracy below 1% was attained over the peak induction range from 0.49 T to 1.68 T and the frequency range from 50 Hz to 100 Hz     

一种预测复合材料棘轮行为的循环塑性-损伤模型

构建循环塑性本构模型并揭示其微观机制,目前仍然是复合材料力学研究富有挑战性的课题。本文提出了一种循环塑性-损伤模型,用以预测在循环载荷作用下纤维增强复合材料的应力-应变响应。该模型是在作者前期提出的描述非线性滞后行为的弹塑性本构模型的基础上的进一步扩展。它可以预测加载时的非线性响应、卸载和重加载时的迟滞行为及大量循环下的棘轮现象。作为基准问题验证,将Kawai等的实验数据与本文模型的数值预测进行了比较。结果表明,该模型能够模拟碳纤维/环氧树脂单向复合材料在偏轴循环加载下的棘轮行为。      

一种改进的形状记忆合金驱动器自适应控制算法的初步研究

针对形状记忆合金驱动器的非线性迟滞特性,提出了一种改进的自适应控制算法。该算法以MKP逆模型为前馈补偿器,通过选择性自适应律调整模型参数,从而实现动态磁滞补偿,以达到实时准确控制。采用仿真实验对其性能进行了初步验证。结果表明,该算法具有收敛速度快、运算负荷小、抗噪能力强等优点,适合于实时控制应用。     

Adaptive control with hysteresis estimation and compensation using RFNN for piezo-actuator

Because the control performance of a piezoactuator is always severely deteriorated due to hysteresis effect, an adaptive control with hysteresis estimation and compensation using recurrent fuzzy neural network (RFNN) is proposed in this study to improve the control performance of the piezo-actuator. A new hysteresis model by modifying and parameterizing the hysteresis friction model is proposed. Then, the overall dynamics of the piezo-actuator is completed by integrating the parameterized hysteresis model into a mechanical motion dynamics. Based on this developed dynamics, an adaptive control with hysteresis estimation and compensation is proposed. However, in the designed adaptive controller, the lumped uncertainty E is difficult to obtain in practical application. Therefore, a RFNN is adopted as an uncertainty observer in order to adapt the value of the lumped uncertainty E on line. And, some experimental results show that the proposed controller provides high-performance dynamic characteristics and is robust to the variations of system parameters and external load.     

压电宏纤维致动器的双极性非对称迟滞建模及补偿控制

提出了一种双极性非对称改进PI(Bipolar Asymmetric Improved PI,BAIPI)模型描述压电宏纤维(Marco Fiber Composite,MFC)的迟滞特性,BAIPI模型利用经典Prandtl-Ishlinskii(PI)迟滞模型Play算子加权叠加描述MFC的对称迟滞特性,然后叠加一系列不同权重、不同阈值的双边死区算子描述MFC的双极性非对称特性。实验辨识结果表明:BAIPI模型对MFC致动器的建模误差从PI迟滞模型的16.8%降为4.2%。在基于BAIPI逆模型的前馈补偿下,MFC致动的柔性梁构件跟踪等幅、变幅三角波轨迹的实测位移与期望跟踪位移基本重合,补偿后等幅三角波实测位移与理想位移之间的线性度为2.36%。因此,所提出BAIPI迟滞模型及补偿方法显著提高了MFC致动器的定位驱动和跟踪精度。     

考虑损伤的纤维增强混凝土剪力墙恢复力模型研究

通过理论分析与试验回归相结合的方法,对6个局部纤维增强混凝土(FRC)配筋剪力墙循环往复加载试验结果进行研究,提出了考虑轴压比、边缘约束区纵筋率、配箍特征值、FRC和钢筋力学性能以及钢套管等因素的骨架曲线特征点简化计算公式。同时,考虑加载历程对墙体性能退化的影响,通过引入一个基于试验拟合结果的损伤模型,定量描述了各试件滞回环卸载刚度和骨架曲线下降段强度退化规律,给出了恢复力模型滞回规则,并与试验墙进行了模拟对比,验证了模型的准确性。     

基于PSO算法的GMM改进J-A磁滞模型的参数辨识与验证

为了解决现有的GMM-FBG电流传感器的磁滞非线性问题,基于经典的J-A磁滞模型提出了一种改进的适用于低频(<120Hz)条件下的J-A模型。采用粒子群(PSO)算法对改进后的J-A模型进行了分段参数辨识与优化,提高了模型的预测精度。搭建了相应的GMM-FBG交流电流传感系统实验平台,运用所提出的改进的J-A模型对GMM-FBG电流传感器进行了磁滞建模和实验验证。实验及仿真结果证实该模型具有良好的预测性,模型的预测误差在2.5%以内,传感系统的电流测量灵敏度达到0.067nm/A。