详情

原文传递磁流变式调谐液柱阻尼器振动控制理论与试验研究

论文题名：	磁流变式调谐液柱阻尼器振动控制理论与试验研究
关键词：	桥梁工程;磁流变式调谐液柱阻尼器;结构振动控制技术;磁流变阻尼器;半主动控制
摘要：	首先综述了结构振动控制技术和调谐液柱阻尼器研究现状,指出了TLCD半主动控制研究存在的问题。结合磁流变(MR)阻尼器具有结构简单、阻尼力连续逆顺可调范围大、响应快等优点,以及调谐液柱阻尼器(TLCD)具有构造简单、使用经济的优良特性,研制了具有半主动控制性能的磁流变式调谐液柱阻尼器(MR-TLCD)。依据Langrage方程,建立了MR-TLCD、结构—MR-TLCD系统和桥梁—MR-TLCD系统动力方程,仿真分析了MR-TLCD的减振性能,并通过单自由度结构—MR-TLCD系统的被动、半主动控制试验,进一步评估了MR-TLCD的振动控制效果。主要研究内容包括: 　　 (1)研制了适合试验和工程应用的旋转剪切式MR阻尼器,根据旋转剪切式MR阻尼器力学性能试验,提出了MR阻尼力中的库仑摩擦阻尼力峰值与输入电流的玻尔兹曼函数关系,并证明了基于玻尔兹曼函数的Bingham模型是合理的。进一步准确描述MR阻尼器力学特点,克服Bingham模型在零速度附近不能说明阻尼力与速度的关系,采用了增加惯性力项的改进滞回力学模型,并由智能粒子群算法辨识了该模型参数。　　 (2)研制了MR-TLCD减振装置,经MR-TLCD受简谐荷载时的七种输入电流试验分析,建立了带有阻尼比修正系数的MR-TLCD动力方程。通过试验与理论分析的MR-TLCD动力放大系数对比,拟合了阻尼比修正系数与输入电流之间的函数关系。与半主动控制试验对比,说明了采用阻尼比修正系数的MR-TLCD动力模型是正确的。　　 (3)依据Lagrange方程,基于MR-TLCD力学模型,建立了试验/工程应用的单/多自由度结构—MR-TLCD系统的动力方程。提出了结构—MR-TLCD系统减振时域及频域分析方法,仿真分析了结构—MR-TLCD系统受随机风荷载作用时的被动控制减振效果结果表明:结构峰值及均方根值减振效果,随MR-TLCD输入电流大小和质量比而变化,且结构加速度控制效果优于位移控制。　　 (4)拓展MR-TLCD减振装置应用领域,分析了MR-TLCD抑制桥梁风振被动控制效果。简谐荷载和随机风荷载仿真分析得到:四种截面类型的MR-TLCD都存在一个最小平均动力放大系数比及相对应的最优电流值;扭转峰值和均方根的角加速度控制都优于角位移减振效果。　　 (5)基于单自由度结构—MR-TLCD系统动力方程,从MR-TLCD耗能受力角度分析,详细阐述了MR阻尼力和TLCD恢复力耗能情况,提出了基于耗能力的简单双态和两级双态半主动控制算法。半主动控制数值仿真分析表明,这两种控制算法减振效果显著,且采用两级双态控制算法时,整个系统更趋于稳定。　　 (6)试验验证了MR-TLCD半主动控制的减振效果。制作了单自由度结构一MR-TLCD系统的半主动控制试验装置。利用dSPACE实时控制系统,实现了简谐、三阶谐波激励荷载下的被动控制关/开和简单双态、两级双态、离复位三种半主动控制算法。对结构峰值和均方根响应及减振百分比分析,进一步评价了MR-TLCD减振性能。
作者：	孙洪鑫
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	陈政清;王修勇
授予学位：	博士
授予学位单位：	湖南大学
学位年度：	2009
正文语种：	中文