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原文传递基于宏纤维复合材料正交异性钢桥面板疲劳振动减振方法

专利名称：	基于宏纤维复合材料正交异性钢桥面板疲劳振动减振方法
摘要：	本发明公开了基于宏纤维复合材料正交异性钢桥面板疲劳振动减振方法，本发明涉及结构工程和自动控制技术领域。该基于宏纤维复合材料正交异性钢桥面板疲劳振动减振方法，是针对正交异性钢桥面板疲劳开裂问题提出了通过在正交异性钢桥面板粘贴具有传感与驱动特性的宏纤维复合材料MFC，利用MFC的传感特性和驱动特性，给MFC施加电压，使其产生与外界荷载作用引起的桥面板振动相反的作动力，减小正交异性钢桥面板的疲劳振动。采用自适应控制算法将疲劳振动幅值控制在设定阈值范围内，保证桥面板在设计使用年限内绝不会破坏。本发明提出的基于宏纤维复合材料的正交异性钢桥面板疲劳延寿控制方法为解决桥面板的疲劳开裂，延长疲劳寿命。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	湖北;42
申请人：	武汉理工大学
发明人：	涂建维;付金海;程文红
专利状态：	有效
申请日期：	2019-08-15T00:00:00+0800
发布日期：	2019-11-22T00:00:00+0800
申请号：	CN201910753648.9
公开号：	CN110485296A
代理机构：	北京中索知识产权代理有限公司
代理人：	刘翔
分类号：	E01D19/12(2006.01);E;E01;E01D;E01D19
申请人地址：	430070 湖北省武汉市洪山区珞狮路122号
主权项：	1.基于宏纤维复合材料正交异性钢桥面板疲劳振动减振方法，其特征在于：具体包括以下步骤： S1、首先将MFC与位移传感器布置在正交异性钢桥面板疲劳细节处，以此建立振动位移与应力幅值的数学模型，并通过疲劳细节的常幅应力极限值确定以振动位移为反馈信号的控制阈值； S2、根据初始MFC采集的结构振动响应信号，建立正交异性钢桥面板模态状态空间方程，将各阶模态的H2范数进行降序排列，保留H2范数较大的状态向量作为系统保留模态，依据保留模态完成MFC在正交异性板上位置的优化布置； S3、求解MFC对板壳结构驱动方程； S4、编写模糊PID控制算法，将MFC传感器得到的物理空间信号转化为模态坐标信号，再通过dSPACE实时仿真系统输出控制信号，通过高压放大器放大电压作用于MFC，使MFC出力抵抗外界荷载引起的结构振动。 2.根据权利要求1所述的基于宏纤维复合材料正交异性钢桥面板疲劳振动减振方法，其特征在于：所述步骤S3中驱动方程的求解方法具体包括以下步骤： T1、首先设正交异性钢桥面板厚度为H，横截面绕坐标x轴和z轴的惯性矩分别为Ipx、Ips，x、z方向的弹性模量分别为Epx、Eps，MFC有效长度为a、宽度为b，厚度为h，x、z方向的弹性模量分别为E1、E3，泊松比为μ13、μ31，沿x、z方向的弯曲半径分别为ρx、ρs； T2、根据d-型压电方程，得到MFC总应变方程为： T3、将MFC粘贴到结构表面，由于MFC厚度很薄，可忽略厚度方向的应力，此时受控结构可看做是平面应力问题，且计算公式为： T4、MFC对受控结构的驱动力方程可以表示为： T5、根据弯曲变形理论可知，受控结构单元弯曲应变可以表示为： T6、由弯曲变形理论得到的受控结构弯曲应变，可求解出MFC对受控结构的驱动力方程为： T7、建立MFC输入电压与驱动力之间的关系，并将求解出的驱动力最大值作为控制器输出控制力的上限。 3.根据权利要求2所述的基于宏纤维复合材料正交异性钢桥面板疲劳振动减振方法，其特征在于：所述步骤T6中同理可以得到MFC的作动力为： 4.根据权利要求1所述的基于宏纤维复合材料正交异性钢桥面板疲劳振动减振方法，其特征在于：所述步骤S1中通过将MFC在正交异性板上进行优化布置，利用MFC的传感与驱动特性实现快速的振动信号反馈，并给MFC施加电压，使其产生与外界荷载作用引起的桥面板振动相反的作动力。 5.根据权利要求1所述的基于宏纤维复合材料正交异性钢桥面板疲劳振动减振方法，其特征在于：所述步骤S1中通过位移传感器与MFC得到正交异性钢桥面板疲劳细节在外界荷载作用下的振动位移与应力幅值之间的数学关系，并根据疲劳细节的常幅疲劳应力极限确定出振动位移反馈信号的阈值。 6.正交异性钢桥面板，其特征在于：包括主梁(4)、正交异性钢桥面板顶板(1)、U肋(2)和横隔板(3)，所述主梁(4)的的顶部与横隔板(3)的底部固定连接，且U肋(2)的一端从横隔板(3)的一侧水平贯穿而出，所述U肋(2)和横隔板(3)的顶部与正交异性钢桥面板顶板(1)的底部固定连接。 7.基于MFC对正交异性钢桥面板焊缝处疲劳裂纹延寿控制系统，其特征在于：包括MFC(5)、高压放大器(6)、计算机(7)、dspace实时仿真系统(8)以及顶板与U肋焊缝处裂纹(9)，所述高压放大器(6)的接线端分别通过导线与MFC(5)、计算机(7)以及顶板与U肋焊缝处裂纹(9)的接线端连接，且计算机(7)的接线端通过导线与dspace实时仿真系统(8)的接线端连接，所述dspace实时仿真系统(8)的接线端通过导线与MFC(5)和高压放大器(6)的接线处连接。 8.根据权利要求7所述的基于MFC对正交异性钢桥面板焊缝处疲劳裂纹延寿控制系统，其特征在于：所述MFC(5)粘贴于正交异性钢桥面板顶板(1)和U肋(2)之间。
所属类别：	发明专利