圆弧曲梁人行桥阻尼索减振研究

圆弧曲梁人行天桥在城市桥梁建设中得到了应用,曲线桥梁存在弯、扭耦合而更易在人行激励下发生大幅振动。为降低人行天桥的人致激励响应,该文提出了一种由阻尼器、复位弹簧并联后与主索串联而成的阻尼索装置,进行圆弧曲梁人行桥-阻尼索减振的理论分析与试验研究。首先,建立两端固支圆弧曲梁的振动微分方程,采用微分变换法获得曲梁面外振动的振型与特征频率;然后,采用模态分析法获得阻尼索为曲梁提供的附加阻尼比;最后,制作两端固支半圆弧曲梁模型,实测了阻尼索在不同的安装位置及不同阻尼器黏性系数下曲梁附加阻尼比。研究结果表明:阻尼索提供的圆弧曲梁附加阻尼比的理论分析结果与试验实测结果吻合;阻尼索可以大幅增加圆弧曲梁的附加阻尼比,很好地抑制曲梁的振动。

风机柔性塔筒阻尼索减振研究

针对风机柔性塔筒多阶模态振动,设计了一种自锚式阻尼索,将塔筒弯曲振动的转角位移转换为线位移,驱动阻尼器耗能减振。建立了塔筒-阻尼索振动方程,得到了阻尼索为风机塔筒前两阶弯曲振动所提供的附加阻尼比解析解,通过模型试验研究了阻尼器黏性阻尼系数与风机塔筒前两阶模态振动时阻尼索提供的附加阻尼比的关系。研究结果表明:对于塔筒前两阶弯曲振动,阻尼索都能提供较大的附加阻尼比,并且附加阻尼比解析解与试验结果相吻合。基于附加阻尼比理论计算公式,对阻尼索减振性能进行了参数影响分析。

时滞作用下电磁-压电弹性梁的俘能特性分析

在土木工程结构的健康监测、振动控制中,以压电材料为主要部件的传感系统或主动控制系统得到广泛应用,而在实际工程中,压电耦合系统的供能问题亟待解决。所研究电磁-压电弹性梁的俘能系统是由弹性支座梁与压电作动器、传感器和电磁能量采集器共同构成的闭环反馈控制系统,其中电磁能量采集器(ElectromagneticEnergyHar-vester,EMEH)的能量俘获单元的原理是移动磁铁在固定磁铁之间进行往复振荡,在基础激励下移动磁铁的振荡产生电势能,从而在能量俘获线圈口产生电流。根据Hamilton原理建立电磁-压电弹性梁的非线性振动控制方程,通过Galerkin方法得到时滞微分方程组,利用数值仿真分析,研究不同控制参数、系统参数对能量采集效果的影响。研究结果表明:增大移动磁铁质量能有效提高能量采集效率,且对电磁-压电弹性梁主结构的位移响应影响较弱;另一方面,通过调节控制增益和时滞参数,在达到较优控制效果情况下,可使电磁能量采集器具有一定的俘获效能。

永磁调节式MR阻尼器试验研究及工程应用

设计制作了永磁调节式MR阻尼器,在专用加载试验台上对该阻尼器的力学性能进行了试验研究,分析了影响阻尼力的各种因素,对永磁式MR阻尼器和油阻尼器、橡胶阻尼器进行了拉索减振的现场对比试验研究。结果表明,所设计制作的永磁式MR阻尼器阻尼力可调范围大,比油阻尼器具有更好的温度稳定性和更大的耗能减振能力,能保证每根拉索取得最优的减振效果。该阻尼器已成功应用于长沙洪山大桥,解决了该桥严重的风致振动问题。

改进的Bang-Bang控制算法的理论与试验研究

将电压的切换时间作为可调参数,提出了基于位移反馈的改进的Bang-Bang控制算法。建立了磁流变阻尼器对拉索减振的半主动控制的有限元模型以及基于dSPACE、MATLAB/Simulink和磁流变阻尼器等工具的半主动控制试验平台,从有限元数值仿真和试验实测两方面分析了改进的Bang-Bang控制算法和最优被动控制对拉索减振效果的影响。理论计算和试验实测结果都表明改进的Bang-Bang控制对拉索的减振效果优于最优被动控制,同样优于经典的Bang-Bang控制算法;半主动控制时阻尼器输入电压的切换时间对拉索系统的减振效果至关重要。

磁流变阻尼器的非线性参数模型

根据磁流变阻尼器阻尼力特性的试验结果,建立了非线性参数模型。该力学模型由改进的Bingham单元(库仑摩擦单元与非线性粘滞单元并联)、非线性弹簧单元和质量单元串联而成。非线性参数模型能够很好地模拟阻尼力的滞回特性,对小速度时的阻尼力-速度关系也能很好地描述。模型中各参数物理意义明确,参数α和β描述了阻尼力分别与速度和位移的非线性关系。

基于遗传算法的磁流变阻尼器模型参数识别

磁流变阻尼器是一种具有广阔应用前途的半主动控制装置,但其复杂的力学特性很难精确描述。非线性参数模型是一个相对简单并且能够很好地描述磁流变阻尼器力学特性的力学模型,但该模型既是非线性的、又是非解析的,参数识别十分困难。结合传统遗传算法良好的全局搜索能力和二分法可靠的收敛性,本文提出了一种改进的遗传算法——层次压缩遗传算法。对非线性参数模型的参数识别结果显示:层次压缩遗传算法简单可行,具有较高的识别精度。同时也验证了非线性参数模型描述磁流变阻尼器阻尼力特性的准确性。

复合阻尼索设计及减振性能试验研究

采用大垂度副索承担横向荷载效应,对主索进行多点弹簧悬挂,使主索保持近似直线状态,获得小张拉力下的主索最大弦向刚度;在主索上串联磁流变阻尼器和复位弹簧,开发出了复合阻尼索。采用塔结构模拟高耸结构,在塔与地面间安装跨度18m复合阻尼索,通过试验研究在不同的主索弦向刚度、主索在结构上不同的安装高度、及磁流变阻尼器不同输入电压下复合阻尼索对结构振动控制的效果。结果表明:复合阻尼索主索弦向刚度越大,其对结构减振效果越好;阻尼索的安装高度越高,其对高耸结构第一阶弯曲振动减振的效果越好;随着阻尼器阻尼系数的增大,结构附加等效阻尼比先增大,后减小,存在最优阻尼系数,使得结构获得最优减振效果。

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。

管式电涡流阻尼力的精确测量及阻尼器优化设计

采用紫铜管与磁铁制作了管式电涡流阻尼器,并提出了一种电涡流阻尼器阻尼力的精细化测量方法,消除了摩擦力和惯性力的影响,获得了精确的电涡流阻尼力。研究了阻尼力与电涡流阻尼器中磁级厚度、磁级间距、铜管与磁铁的相对速度等参数的关系;研究结果表明:提出的阻尼力测量方法可以准确地获得磁铁与铜管相互作用的阻尼力时程;阻尼器的阻尼系数随磁级厚度、磁级数的增加而增大,随磁级间距的增大表现出先增大、后减小的趋势;电涡流阻尼器近似为理想的黏性阻尼器,并且其阻尼系数与磁级数也近似成正比。通过引入阻尼系数效率值作为评价指标,获得了管式电涡流阻尼器的磁级厚度和磁级间距的最优值,可为电涡流阻尼器的优化设计提供参考。

垂度阻尼索的设计及对结构减振的试验研究

高耸结构在地震、强风或其它激励的作用下易发生大幅振动甚至倒塌,由于缺少阻尼器理想的安装位置,目前直接采用阻尼器对结构进行减振的效果并不理想。垂度阻尼索利用高耸结构与地面之间的相对位移,经过放大后驱动阻尼器进行耗能减振,是阻尼器对高耸结构减振的新尝试。为了研究垂度阻尼索对高耸结构的减振性能,首先制作了黏性阻尼系数可调节的电涡流阻尼器,并通过试验结果获得其黏性阻尼系数与磁铁数量的关系;然后采用主索、电涡流阻尼器和复位弹簧制作垂度阻尼索,并对模型结构进行了减振试验。研究结果表明:垂度阻尼索对高耸结构减振的效果随主索垂度减小而增大,随阻尼器黏性系数增大而增大,为结构提供的附加阻尼比可达30%以上,远大于现有减振措施所能提供的附加阻尼比。

MR阻尼器对拉索振动控制的研究

在磁流变(magnetorheologic简称MR)阻尼器力学特性试验的基础上,建立了能够很好地描述MR阻尼器非线性滞回特性的非线性参数模型,该模型由一个改进的Bingham模型和一个非线性弹簧单元串联而成。对MR阻尼器-拉索系统编写了非线性有限元动力分析程序,以一根实际的拉索为例,计算了MR阻尼器不同参数时对拉索的减振效果,计算结果与试验结果吻合。有限元计算结果表明:优化阻尼力随拉索频率的降低而提高;随着拉索振动幅度的减小,拉索减振的最优阻尼力减小。

基于现场观测的拉索风雨振参数特性分析

以湖南省岳阳洞庭湖大桥斜拉索风雨振现场观测试验采集的有效数据为依据,定量分析了风速、风向角、雨量与拉索振动的关系,风场参数对气动负阻尼比的影响。据此,对风雨振研究工作提出了一些建议。

振动力学中工程案例模型化实验教学的特点与实践

振动力学是工程力学专业的一门重要学位课,所分析的问题往往来源于工程实际,但在课堂教学过程中仅注重于振动方程的求解和振动系统特性的分析。学生对于振动力学中大量的物理概念缺乏直观、形象的认识,复杂而严谨的公式推导过程难以激发学生学习热情,教学效果往往不理想。结合工程案例,通过创新性模型实验的引入,建立实际工程结构振动案例与课程基本理论的联系,可以使学生对振动力学问题的物理概念有直观的认识,激发学生对振动力学课程学习的积极性。实践表明:在教学实践中引入工程案例的模型实验化教学,能促进学生自主学习能力的提高和创新思维的培养,具有很好的教学效果。

钻石型桥塔五分力系数的数值模拟

以洞庭湖大桥桥塔(主塔)为研究对象,基于Fluent软件平台,采用Realizable和SST两种湍流模型对桥塔表面风压分布特性进行了数值模拟,将模拟结果与现场实测值进行了比较,以此验证了所提数值模拟方法的可行性;预测和探讨了桥塔在不同风速及不同风向下对其五分力系数的影响,并对五分力系数的影响变化规律进行了总结,从而为钻石型建筑结构的抗风设计提供一定的参考。

磁流变阻尼器滞回参数模型研究

根据磁流变阻尼器力学性能测试结果,建立磁流变阻尼器滞回参数模型。以阻尼力为优化目标,采用粒子群算法进行参数识别。结果显示,粒子群算法的参数识别精度高、辨识速度快,是理想的非线性参数辨识工具;研究表明,提出的磁流变阻尼器改进滞回参数模型效果较好,能很好地描述阻尼力的滞回特性。

超磁致伸缩作动器有限元建模与磁场分析

超磁致伸缩作动器(GMA)是一种新型的振动控制驱动器件,其内部磁场比较复杂。通过建立GMA的有限元模型,分析GMA内部磁路的开闭路对超磁致伸缩材料(GMM)棒磁场的影响,对GMA的导磁上下盖、导磁内壁和导磁体所用材料进行参数优化设计。根据优化的参数制造GMA,采用高斯计测量GMM棒外径轴向磁场分布。研究表明,GMA磁场分布的有限元分析与实验结果一致,GMM棒轴向磁场强度满足设计要求,磁场均匀性较好。

电磁调谐双质阻尼器的参数优化及对结构减震分析

目的利用电磁阻尼单元代替经典调谐质量阻尼器中的黏性阻尼单元,引入惯质概念,提出一种具有结构减震功能的新型电磁调谐双质阻尼器(EM-TMID).方法依据达朗伯原理,建立EM-TMID与单自由度耦合结构在地震作用下的动力学模型;然后基于蒙特卡洛-模式搜索法数值优化理论,分别以主结构位移和加速度峰值最小为目标函数,对EM-TMID进行参数优化,得到EM-TMID的结构频率比、电磁阻尼比和机电耦合系数的优化参数;最后通过频域和时域两种方法仿真分析了EM-TMID对结构的减震性能.结果在频域分析中,EM-TMID的主结构位移和加速度频响峰值优于固定点法的经典TMD;在时域分析中,EM-TMID对结构位移、加速度峰值和均方根的减震性能均优于经典TMD.结论 EM-TMID较经典TM D有更好的动态特性和鲁棒性,有效地提高了对结构的减震效果.

基于磁致伸缩作动器的拉索主动控制与多级Bang-Bang控制仿真分析

拉索容易在外部激励下发生大幅振动,采用磁致伸缩作动器提供轴向控制力进行拉索振动控制是一种新的方法。本文建立了拉索-磁致伸缩作动器动力方程,通过实验得到了磁致伸缩作动器力-磁关系,提出了应用磁致伸缩作动器的剪切型线性二次型最优控制(CLQR)策略、多级BangBang控制策略,并进行了拉索振动控制仿真分析。结果表明,磁致伸缩作动器具有良好的减振效果。

基于虚拟响应信号的结构参数时域辨识研究

在充分考虑线性动力系统的时域响应特性以及小波包分析的频率空间剖分特性的基础上,提出了一种基于虚拟响应信息提取的信号去噪新方法。虚拟响应虽然没有在结构动力检测过程中真实发生,但却是在某种激励下可以实现的一个响应,因此,根据虚拟响应信息同样可以进行结构系统的动力识别。数值研究表明,对于地脉动响应这种有效信号频带与噪声频带相互覆盖的低信噪比信号而言,小波阈值去噪法已无能为力,而基于虚拟响应信息提取的信号去噪方法则有较好的去噪效果。