智能材料结构系统在土木工程中的应用

本文在简要说明了“智能材料－ 结构系统”的基本概念和它在土木工程结构中的两种应用途径的基础上， 较为系统地介绍了光纤材料、碳纤维混凝土、愈合管道、形状记忆合金、ＥＲ 电流变液、ＭＲ 磁流变液和ＰＥ 压电材料等七种智能材料（ 或器件）

ER/MR智能阻尼器对空间网壳结构地震反应的半主动控制

本文提出了ＥＲ／ＭＲ智能阻尼器对空间网壳结构地震反应半主动控制的设计计算方法。文中，在推导了ＥＲ／ＭＲ智能阻尼器杆件有限单元模型的基础上．建立了设置ＥＲ／ＭＲ智能杆件的网壳结构地震反应的运动方程，应用本文提出的局域半主动控制策略，我们得到了ＥＲ／ＭＲ智能阻尼器对空间网壳结构地震反应半主动控制的计算方法。工程实例的计算结果表明：ＥＲ／ＭＲ智能杆件是一种不会失稳的控制装置，在结构上合理布置ＥＲ／ＭＲ智能杆件和合理选取 ＥＲ／ＭＲ智能杆件的参数可获得较好的减震效果．

电流变体特性及电流变体应用器件的进展

本文详细评述了电流变体（ＥＲＦ）材料的组成、工作机理及其流变力学性能，提出以Ｂｉｎｇｈａｍ塑性体来近似描述电流变体的流变特性，综述了电流变体在智能材料、汽车离合器、液压阀门等器件中的应用，给出了含电流变体的双层智能复合材料梁单层、双层加电状态对其振动特性的影响，设计了含电流变体的主动控制式减振器，并对其在外加电场作用下的减振性能进行了评价。

压电材料智能摩擦阻尼器对高耸钢塔结构风振反应的半主动控制

压电材料是一种新型智能材料。本文将压电材料和被动摩擦阻尼器相结合设计出一种新型智能摩擦阻尼器，并采用基于经典最优控制理论的半主动控制策略对高耸钢塔结构风振反应的控制进行了研究，对国内即将兴建的第一高钢电视塔──合肥翡翠电视塔进行了算例分析。为满足摩擦阻尼器对高耸钢塔结构风振控制的特殊需要、文中还建立了房耸钢塔结构的空间桁架有限元模型和串联多自由度体系模型，并在形成广义控制力作用位置矩阵和计算摩擦阻尼器两端的相对位移的过程中综合地运用了这两种力学模型。本文研究表明，压电材料智能摩擦阻尼器可以有效地抑制高耸钢塔结构的风振反应。

应用SMA智能阻尼器的结构模糊控制

利用形状记忆合金(SMA)的弹性模量随温度变化的特性和SMA超弹滞回耗能特性,设计提出一种新型SMA智能阻尼器。采用模糊控制器确定SMA智能阻尼器的SMA丝工作组数,从而瞬时准确地确定SMA智能阻尼器的刚度和阻尼的档位,并有效降低受控结构地震反应。利用MATLAB提供的模糊控制工具箱和Simulink模块建立仿真模型,数值分析某三层框架结构在无控、主动控制和模糊控制三种情况下的地震反应。仿真结果表明:在模糊控制情况下框架结构底层位移和加速度反应幅值分别降低了41%和48%,控制效果显著,接近主动控制的效果,从而验证了所设计提出的SMA智能阻尼器及其模糊控制的有效性与可靠性。

斜拉桥拉索风雨振控制的智能阻尼技术

洞庭湖大桥自建成通车以来已发生多次严重风雨振 ,必须采取有效的振动控制措施。本文应用磁流变阻尼器对该桥风雨振控制进行了仿真和现场试验研究 ,得到了拉索 -阻尼器系统模态阻尼比随阻尼器输入电压的变化关系 ,显示磁流变阻尼器能提供足够的可变阻尼对拉索进行智能控制 ,在实际风雨振时的现场观测结果显示磁流变阻尼器对风雨振具有很好的减振效果 ,实测的加速度响应表明安装阻尼器拉索的加速度响应仅为未加阻尼器拉索的 1/ 2 0～ 30。洞庭湖大桥已计划全桥安装磁流变阻尼器 。

两种半主动MR阻尼器对电视塔的风振控制

依据MR智能阻尼器的力学模型,以合肥翡翠电视塔为工程背景,研究MR智能阻尼器对电视塔结构风振反应的控制效果。分别采用了2种半主动控制策略一种是基于现代最优控制理论的LQR半主动控制,另一种是基于局部反馈的模糊半主动控制策略。计算实例结果分析表明采用MR智能阻尼器对结构进行半主动控制能有效地减小电视塔结构的风振反应。

智能基础隔震结构的剪扭耦联地震反应分析

研究了 ER/ MR智能隔震系统对框架结构地震反应的半主动控制。根据智能基础隔震的特点 ,建立了基于模糊控制的半主动控制策略。仿真计算表明智能隔震系统不仅能够显著减小上部结构的地震反应 ,还能够有效地保护隔震层的变形 。

磁流变智能基础隔震系统的试验研究

橡胶垫隔震结构在遭遇大的罕遇地震时,由于隔震层的位移过大,会引起隔震层的破坏.在加入常规被动阻尼器后,隔震层位移得到减小,但上部结构层间位移和加速度将要放大.这个过大的绝对加速度将使结构内部的物品遭到破坏.为此,采用磁流变(MR)阻尼器与普通橡胶隔震支座相结合,采用不同算法和控制策略对结构进行振动控制.振动台试验结果表明,该组合智能隔震系统相对一般被动隔震装置,能同时减小上部结构加速度和隔震层位移.

电流变流体和磁流变流体在工程上的应用

阐述了ER和MR流体的组成及发展过程 ,并对它们的物理和化学性能进行了对比分析 ,总结了现有ER和MR流体的理论计算模型、应用领域和应用状况 ,提出了ER和MR流体阻尼装置的分类方法及使用时应注意的几个问题 ,最后对ER和MR流体现存的问题和发展方向作了分析和展望。

磁流变智能基础隔震系统研究

本文将磁流变(MR)阻尼器与普通橡胶隔震支座相结合,组成智能基础隔震系统应用到结构控制中。在详细介绍了系统的各部分与整体运行情况后,采用LQR经典线性最优控制算法对结构进行了振动台试验研究。试验结果表明,由MR阻尼器提供可调阻尼力的智能隔震控制系统,能有效克服被动隔震最优控制频带窄的缺点,对较宽频域范围地震激励能进行有效的振动控制。其相对一般被动隔震装置,能同时减小上部结构加速度和隔震层位移。

MR阻尼器智能基础隔震系统数值模拟研究(Ⅱ)

针对铅芯橡胶垫作为一种被动控制装置,存在最优控制范围窄的局限性,将磁流变阻尼器与橡胶隔震垫相结合,组成智能基础隔震系统应用于结构振动控制中,数值模拟分析了结构在不同地震波、不同地震力作用下铅芯橡胶隔震垫隔震和MR智能隔震下的反应.计算结果表明:MR智能基础隔震可以对宽频域不同大小的地震激励提供最优控制.

磁流变阻尼器优化设计与性能分析

利用磁流变液这种智能材料的力学性能 ,制作了一种双出杆磁流变阻尼器。文中主要讨论了磁流变阻尼器结构设计、磁路设计的基本原理 ,并讨论了结构参数对磁流变阻尼器性能的影响 ,最后优化设计了磁流变阻尼器的结构参数 。

MR阻尼器智能基础隔震系统数值模拟研究(Ⅰ)

将MR阻尼器与橡胶隔震垫相结合,组成智能基础隔震系统应用于结构振动控制中,数值模拟分析了结构在不同地震波,不同地震力作用下普通橡胶隔震垫隔震和MR智能隔震下的反应.计算结果验证了这种控制系统的有效性.

安装智能摩擦阻尼器的高层建筑结构振动控制一般算法

基于二次型控制目标函数的最优控制理论,从目标函数的泛函变分出发,用序列最优算法对目标函数进行求解,得到摩擦阻尼器最优正压力系数表达式,依此可以计算出比较精确的正压力数值解,并根据智能摩擦阻尼器的出力饱和与防止阻尼器锁死两种情况对正压力进行修正.算例表明这一算法对摩擦阻尼器的控制是有效的,可以发挥摩擦阻尼器的摩擦耗能功能,结构的层间位移和层间相对速度的峰值比未安装阻尼器时的地震响应峰值均得到明显降低.

基于SMA-压电阻尼器的巨-子结构智能控制

针对巨-子结构体系,提出在巨-子结构间设置柔性隔震层,并增设一种SMA-压电复合智能阻尼器,形成巨-子结构智能控制体系,可有效改善巨-子结构的抗震安全性。介绍了SMA-压电阻尼器的工作原理与力学模型,建立了巨-子结构体系智能控制体系的分析模型,在此基础上构建了巨-子结构智能控制体系的运动方程。基于限界Hrovat最优控制算法和H2/LQG算法设计了巨-子结构智能控制体系的半主动控制器,进行了Simulink控制效果仿真分析,并与传统抗震,被动隔震,SMA-压电阻尼器的Passive-on、Passive-off控制和理论最优的主动隔震控制策略进行了系统的对比研究。仿真分析结果表明,SMA-压电阻尼器实施智能隔震控制时可兼顾主结构与子结构的控制效果,其控制效果与主动控制时接近,远优于被动控制策略。所提出的巨-子结构智能控制体系可望应用于实际工程中,并取得较好的经济和社会效益。

智能流体减振控制技术的研究与应用

智能流体是一种极具发展前景和工程应用价值的智能材料．其流变效应可以通过施加 电场或磁场来控制，本文概述了两种智能流体的基本性能，并对其进行了比较，介绍了智能 流体阻尼器的几种力学模型及在土木工程结构减震控制中的应用，提出了需进一步研究的若 干问题。

基于Bingham模型的磁流变阻尼器的优化设计

利用磁流变液这种智能材料设计制作阻尼耗能器件在近些年得到了广泛重视,但多数采用经验公式决定结构尺寸的方法具有片面性。本文利用Bingham轴对称模型并根据具体使用要求优化设计了阻尼器的结构参数,并编程进行了计算。根据计算结果制作的磁流变阻尼器经测试其性能达到了预期的要求,表明优化设计方法是正确可行的。

大平台多塔楼新型隔震体系的智能磁流变控制

本文将隔震技术应用到大平台多塔楼结构中,研究了这种新型隔震体系的抗震性能,并将磁流变(MR)阻尼器设置于隔震层,探讨了这种新型隔震体系智能磁流变控制的减震效果。文中以北京通惠家园某典型小区为研究对象,建立了大平台多塔楼新型隔震减震体系的运动方程,考虑了隔震支座的非线性。本研究中MR阻尼器的半主动控制算法选用限幅最优控制算法,其主控制器采用H2/LQG方法来设计。仿真分析结果表明,这种新型隔震体系可以有效地减小上部住宅结构与下部平台的地震反应,为提高大平台多塔楼结构的抗震安全性提供了一条崭新的途径。采用MR阻尼器与这种新型隔震体系相结合可以进一步减小隔震结构下部平台的地震反应与隔震层的非线性反应,提高这种新型隔震体系的抗震安全性。

足尺磁流变阻尼器的建模及动态特性

在过去三十年左右的时间里，结构保护系统受到了广大研究者的普遍关注。这种保护系统可以用来降低自然灾害（如地震、强风）对土木工程建筑的损害。由于磁流变阻尼器机械结构简单，动态范围大，能耗低、回复力大，鲁棒性良好，能够在满足不同工程项目需求的同时提供有效的结构抗震抗风手段，目前它是一种非常有前途的半主动结构减震装置。本文首先介绍了磁流变液体和装置的主要特性和优点，建立了磁流变阻尼器的伪静力轴对称模型．并将其结果和平行板模型以及阻尼器实验结果进行了比较。尽管伪静力模型对于阻尼器的设计十分有效，但是它们还不足以描述阻尼器的动态特性。对实际工程应用来说，动态响应时间是一项非常重要的性能指标。文章还讨论了影响磁流变阻尼器动态响应时间的因素，建立了基于Ｂｏｕｃ—Ｗｅｎ模型的阻尼器动态模型。同时文章也提出了优化阻尼器动态响应的途径和方法以及其实验验证。