基于LMI的结构振动多目标鲁棒H_2/H_∞控制

研究了考虑建筑结构动力特性具有不确定性的多目标鲁棒H2/H∞控制问题。在设计控制器的过程中,将模型参数(包括质量、刚度和阻尼)的不确定性引入到状态方程的摄动矩阵之中,使得闭环系统对所有允许的不确定性同时满足H∞干扰抑制和最优H2性能。基于线性矩阵不等式优化技术,推导得到了线性矩阵不等式组来求解相应的多目标优化问题,应用MATLAB的线性矩阵不等式工具箱设计了输出反馈控制器。最后对一3层结构进行了振动控制仿真分析,结果表明了所提方法的有效性和优越性。

新型防屈曲耗能支撑的设计、试验及其减震性能研究

设计制作了一种新型全钢、装配式的防屈曲耗能支撑(BRB),给出了主要的理论计算公式,采用有限元方法对其工作过程和机理进行数值模拟并进行了足尺实验研究,最后,将这种装置安装到框架结构,基于非线性动力时程分析评估其减震性能。研究结果表明了简化计算和有限元分析在产品初步设计中的有效性;防屈曲耗能支撑明显减小了结构动力响应,提高了结构的抗震安全性。

基于自适应模糊控制算法的公路桥梁MR半主动控制

为了有效处理振动控制中结构的非线性和外界荷载的不确定性,提出了基于自适应模糊控制算法(AFLC)的MR半主动控制算法。AFLC通过在线调节规则后件隶属度函数,以自适应模糊控制系统逼近等价控制律。通过引进Lyapunov稳定性理论设计了相应的自适应率。在此基础上结合限幅最优控制算法(clipped optimal)设计了适合MR阻尼器的半主动控制算法(AFLC/clipped optimal)。针对最近提出的公路桥梁控制的Benchmark问题进行仿真分析,结果表明:在不同场地类型和幅值的地震作用下,基于AFLC算法的主动和半主动控制策略都能够有效的抑制结构的地震响应,且MR半主动控制策略的控制效果与主动控制相近,表明了这种半主动控制策略具有很高的工程应用价值。

公路桥梁振动控制的变论域自适应模糊控制算法

采用变论域自适应模糊控制(VUAFLC)算法对地震作用下公路桥梁非线性振动控制的Benchmark问题进行研究。变论域自适应模糊控制算法通过在线调节模糊控制器的输入和输出变量的论域来改善传统模糊控制(FLC)算法的性能,基于Lyapunov函数方法设计了输出论域的自适应律。桥梁在不同场地类型和幅值的地震作用下的仿真分析结果表明,基于VUAFLC算法的主动分散控制策略能够有效抑制结构的地震响应;在控制力峰值几乎相等的条件下,控制效果优于传统的模糊控制算法和LQG最优控制算法。

高铁桥梁典型减隔震装置及其减隔震效能研究

论述了高铁桥梁进行减隔震设计的原理和必要性,介绍了国内外桥梁进行减隔震设计的标准规范和最常采用的装置以及国内在常用减隔震装置上取得的进展。对常见高铁简支梁桥缩尺模型,针对性地设计制造了摩擦摆支座和粘滞阻尼器,进行了中、低墩的振动台试验,试验数据表明其相对普通球型支座都具有良好的减隔震效能,摩擦摆支座尤其适合低矮墩结构,粘滞阻尼器尤其适用于高柔墩结构。文中还指出了摩擦摆支座剪力销结构的设计要点以及粘滞阻尼器设计中的注意事项。

基于遗传算法的神经-模糊减振控制方法

针对复杂情况下模糊控制器难以获取经验规则的缺点,利用遗传算法来优化模糊控制器的规则,并采用一种权重和方法以实现多目标的优化控制。为了减少时滞对控制效果的影响,应用BP神经网络以预测模糊控制器的输入。基于76层风振Benchmark模型对提出的控制算法进行了计算仿真分析。结果表明神经-模糊控制(NN-FLC)方法在理想情况下与传统LQG控制算法控制效果相当;但在结构刚度不确定时,该方法具有较强的稳定性和鲁棒性,远优于LQG算法。

新型纤维增强工程塑料板夹层橡胶隔震支座力学性能试验研究

本文研究开发了一种适用于经济欠发达地区的低造价新型隔震装置———纤维增强工程塑料板夹层橡胶隔震支座(SFRPB)。这种新型隔震支座选用不饱和聚酯玻璃纤维增强塑料板代替普通叠层橡胶隔震支座中的钢板,使之具有重量轻,造价低,性能好,隔震效果明显,运输和施工安装方便的优点。本文对SFRPB支座进行了压缩特性、极限压缩性能、剪切特性、剪切应变相关性及轴向面压相关性等力学性能试验。研究表明:不饱和聚酯玻璃纤维增强塑料板满足隔震支座对加劲材料力学性能的要求,可作为加劲板替代普通叠层橡胶隔震支座中的钢板。SFRPB支座性能稳定,竖向刚度远大于水平向刚度,是一种理想的隔震装置。

多个车辆荷载作用下桥梁演变随机振动分析

将桥梁简化为两端简支的欧拉-伯努利梁模型,考虑两自由度车辆移动系统,以桥面结构表面不平度功率谱密度函数作为输入,建立了多个移动车辆系统-桥的耦合力学分析模型。通过状态空间理论和演变随机过程一般理论,应用模态分析法,给出了整个车-桥耦合系统演变随机响应的求解方法,推导得到了桥梁截面位移和截面弯矩均方值响应和演变功率谱密度函数的理论公式,并结合算例分析,讨论了在不同桥梁跨度、不同桥面等级、不同车辆移动速度下桥梁跨中位移均方根值响应的变化规律。

聚氨酯材料在轨道交通方面的应用及研究进展

按产品应用范围分类综述了近年来聚氨酯材料在轨道交通中的应用及研究进展,并针对应用中存在的问题提出相应的研究解决方向的建议。

结构主动控制的一体化多目标优化研究

基于Pareto多目标遗传算法提出了结构主动控制系统的一体化多目标优化设计方法,对作动器位置与主动控制器进行同步优化设计。外界激励采用平稳过滤白噪声来模拟,在状态空间下通过求解Lyapunov方程,得到结构响应和主动控制力的均方值。主动控制器采用LQG控制算法来进行设计。以结构位移和加速度均方值最大值与相应无控响应均方值的最大值之比,以及所需控制力均方值之和作为多目标同步优化的目标函数。优化过程还考虑了结构与激励参数对优化结果的影响。最后以某6层平面框架有限元模型为例进行了计算机仿真分析,结果表明所提出的主动控制系统多目标一体化优化方法简单,高效,实用,具有较好的普适性。

城市高架桥车-桥-墩系统竖向振动分析

假设城市高架桥为两端简支的欧拉-伯努利梁模型以及桥墩为底部固结的柱,考虑两自由度车辆移动系统与桥面结构表面接触处不平整产生的随机激励以,建立了多个移动车辆系统-桥-墩的耦合力学模型,并且给出了耦合振动方程详细的求解步骤。数值分析采用Wilson-θ法求解。通过仿真分析,讨论了在不同路面等级、不同车辆移动速度下桥梁跨中位移响应和桥墩轴力的变化规律。最后根据车-桥-墩耦合力学模型和车-桥耦合力学模型,比较了两种分析模型对桥墩底部轴力和桥梁跨中截面位移的影响。分析结果表明桥墩对桥梁跨中截面位移的影响可以忽略不计,但是对桥墩本身所受轴力的影响则非常显著。

磁流变阻尼器的设计、试验及其减振性能研究

设计制作了一种双出杆磁流变阻尼器(MRFD),给出了主要的理论计算公式,采用有限元方法对其磁路进行模拟并对间隙磁场进行了测试,通过足尺试验得到阻尼力与输入激励、电流的规律曲线,并依据试验数据建立磁流变阻尼器的力学模型,最后将该阻尼器安装于隔振系统,基于dSPACE实时仿真平台进行了振动台试验。研究结果表明:由理论简化计算、有限元分析与试验得到的结果比较吻合,验证了简化计算和有限元分析在产品初步设计中的可行性和准确性;验证了该阻尼器力学模型精确性,以及阻尼器的可控性与减振的有效性。为磁流变阻尼器的研发提供了具体方法和思路。

弹塑性钢阻尼元件在桥梁减震中的应用

介绍了弹塑性钢阻尼元件(阻尼器)的性能特点、作用及其在桥梁减震中的应用情况和减震效果,并列举了一些典型应用案例。为桥梁减震提供了一些有益的实现方法和思路。

基于代理模型的黏滞阻尼器介质幂律参数反演

黏滞阻尼器介质满足幂律定律,其幂律参数试验测试方法复杂,成本高,难度大,是制约黏滞阻尼器发展的一个重要因素。本文结合有限元仿真技术、代理模型技术和优化方法,提出一种反演方法对某黏滞阻尼器的介质幂律参数进行反演。首先,建立黏滞阻尼器有限元模型;然后,通过试验设计方法选取合理的样本点,以介质幂律参数作为设计变量,以最大阻尼力为设计目标,建立近似模型,作为正问题;接着,根据试验和仿真结果构建反问题模型,利用优化算法进行反演。最后,进行结果试验验证。验证结果表明:本文提出的反演方法有效可行,所得结果正确,具有较好的工程适用性。

位移放大型扭转阻尼器性能分析

为了加固梁柱节点、避免框架结构出现“弱节点”的破坏模式、提高框架结构整体的抗震和耗能能力,研制出一种具有自主知识产权的位移放大型扭转阻尼器(DATD),并对其进行数值分析和试验研究.首先,设计了18个具有不同参数的DATD,建立其有限元模型进行数值分析;随后,设计并制作了一个DATD,进行性能试验并与有限元分析结果对比.结果表明:DATD滞回曲线饱满,耗能能力强;有限元分析与性能试验的滞回曲线吻合较好,且随着加载位移的增加,两者间误差变小,因此可以采用建立的有限元模型来研究DATD的力学性能.最后,对DATD进行参数影响分析,研究了铅芯直径、铅芯距中轴距离、橡胶层直径、橡胶层厚度及橡胶剪切模量对其特征参数的影响,结果表明:DATD的屈服剪力、等效刚度、等效阻尼比及耗能系数随着铅芯直径增大而明显增大,随着铅芯距中轴距离的增大略有增大;随着橡胶层直径、橡胶剪切模量的增大,屈服剪力及等效刚度逐渐增大而耗能系数及等效阻尼比逐渐减小;4个特征参数均随着橡胶层厚度的增大而略微减小.

双凹摩擦摆支座的设计验证及应用

介绍了双凹摩擦摆支座结构组成及特点,分析了其适用场合。通过设计制造一个双凹摩擦摆支座,对其进行有限元分析及实体支座试验,证明了双凹摩擦摆支座经典理论基本正确,优化的屈服后刚度计算公式更准确。在制造及试验过程中发现双凹摩擦摆支座可能发生滑动面交替滑动的现象。双凹摩擦摆支座从位移最远处返回平衡位置的前半程(1/8周期),实测滞回曲线与有限元计算得到的滞回曲线相差较大。这与以往摩擦单摆支座不同,用常规的有限元方法难以充分模拟。本文给出了相应的解释。

基于ABAQUS的全钢装配式防屈曲支撑有限元分析

防屈曲支撑受拉受压时都可以屈服,抑制了压曲现象,可获得饱满的荷载-位移滞回曲线。本研究主要探讨一种新型的装配式防屈曲支撑的滞回性能,该装配式防屈曲支撑由一组核心单元与两组约束单元利用螺栓栓接组合而成,具有组装和拆解过程简易、便于制作等优点。基于有限元分析软件ABAQUS,模拟核心钢与面板在不同间隙下的滞回性能以及各部分的应力分布,对比分析分别由理论简化计算和有限元分析得到的屈服力与屈服位移之间的差异。最后,给出核心钢与面板间隙范围的合理化建议。

近断层地震动作用下桥梁结构的组合隔震分析

为改善近断层地震动作用下隔震桥梁结构的抗震性能,基于Benchmark结构振动控制问题,研究附加黏滞阻尼器、磁流变(MR)阻尼器的组合隔震策略。非线性动力分析过程中,优化了黏滞阻尼器的阻尼系数和速度指数,并设计了分散模糊控制器来确定施加给磁流变阻尼器的电压。研究结果表明:采用黏滞阻尼器和磁流变阻尼器可提高隔震桥梁结构在近断层地震动作用下的安全性,结构绝大多数响应,尤其是隔震支座的变形得到明显减小;与采用黏滞阻尼器进行组合隔震相比,采用磁流变阻尼器的智能模糊控制方案出力相对较小、控制效果更好,同时,即使在外部电源供给中断的情况下,磁流变阻尼器仍然能发挥一定的作用,具有失效-安全的优点。

沙尘侵入对铁路桥梁支座摩擦因数的影响试验研究

介绍了对球型支座进行沙尘侵入影响研究的必要性,并结合我国新疆地区实际沙尘情况,设计了一套试验方案。针对球型支座静摩擦因数随侵入沙尘量的变化情况进行试验研究,验证含沙量对支座短期静摩擦因数的影响。试验结果表明支座短期摩擦因数对沙尘侵入较为敏感,较少的沙尘就可使支座平面摩擦因数超过标准容许值。据此对支座提出了采用全密封防沙尘结构的建议。

速度锁定E型钢阻尼支座及其应用

介绍一种新型桥梁减震支座即速度锁定E型钢阻尼支座的结构特点和减震原理,并对其在连续梁桥中的应用效果进行分析。该支座采用一种复合抗(减)震模式,即通过E型钢阻尼元件减震耗能,通过速度锁定器分散地震能量。本文重点介绍速度锁定E型钢阻尼支座对减少大型连续梁桥梁固定墩地震荷载,发挥活动墩抗震能力的重要作用,从而使全桥地震荷载均衡,各墩能够协调抗震。