磁流变阻尼器在建筑结构中的应用
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摘要
结构振动控制是一种新型的抗震技术,其中半主动控制是介于被动控制与主动控制之间的一种控制技术,其仅需少量外加能源,便可产生接近主动控制的效果。由智能材料磁流变体制成的磁流变阻尼器不仅具有结构简单,体积小,反应快,能耗小和阻尼力连续顺逆可调等优点外,而且还易于和计算机相结合。在半主动控制下,磁流变阻尼器可以有效地减小建筑结构的风振和地震反应。因此,国内外已经有越来越多的学者投入到此方面的研究中来,并已取得了一定的成果,但在磁流变阻尼器的力学模型和磁流变阻尼结构的分析与设计方面仍然存在着许多问题,有待于进一步解决和完善。
本文以建立一套关于磁流变阻尼结构的分析方法和设计方法为目的,主要完成了以下工作:首先,磁流变阻尼器力学模型的建立,在了解和掌握用于分析磁流变阻尼器力学特性的几种力学模型的基础上,将几种模型进行了对比分析选择一种形式较为简单且能较为准确地反映阻尼器力学特性的模型;其次,磁流变阻尼器的设计和研制,介绍阻尼器内部结构特点;第三,磁流变阻尼器结构的控制算法,指出应用于控制结构的几种控制算法,包括经典的控制理论和现代先进的控制算法;第四,磁流变阻尼器结构的优化布置分析,在既定的优化目标下利用时程分析方法对磁流变阻尼结构进行优化分析,且得出了优化布置结果,并给出计算实例,编制了相应的计算程序。
Structure vibration control is a new kind of anti-earthquake technique. Semi-active control is a kind of control technique which compromises between active control and passive control. It only requires small external power source and can produce control results of active control. The advantages of magnetorheologi--cal damper (MRD) which were made of magnetorheological fluid (MR) are not only simple structure, small volume, quick respond, small power requirement and adjustable damp forces, but also easily combine with computers. MRD with semi-active control strategy can effectively reduce structure's wind vibration and earthquake response. Thus at home and abroad more and more experts study on MRD, and acquire many achievements, but there are many problems about damper mechanical model and magnetorheological structure's analysis and design etc., so these problems require to be solved and completed.
In this paper, the major aim is that establishing analysis design method about magnetorheological structure.The following work is done:First,the mechani--al model of the magnetorheological damper.Base on several mechanical models which are used to analyze the mechanical abilities of MRD a simple and accurate mechanical mode is advanced. These kinds of mechanical models which are used to analyze the mechanical abilities of MRD are compared.Second,the design and making of the MRD,Introduce the inner special on the MRD structure.Third,the control algorithm of the MRD,several control algorithm methods are rasied that are applied for the control structure,including the classic control theroy and the modern control theroy.Fouth, the optimum analysis about the magnetorheological structure. For the fixed optimum goal, the optimum design of the MRD structure is carried by using the method of time-history analysis. An example is given and corresponding calculating program is made.
本文以建立一套关于磁流变阻尼结构的分析方法和设计方法为目的,主要完成了以下工作:首先,磁流变阻尼器力学模型的建立,在了解和掌握用于分析磁流变阻尼器力学特性的几种力学模型的基础上,将几种模型进行了对比分析选择一种形式较为简单且能较为准确地反映阻尼器力学特性的模型;其次,磁流变阻尼器的设计和研制,介绍阻尼器内部结构特点;第三,磁流变阻尼器结构的控制算法,指出应用于控制结构的几种控制算法,包括经典的控制理论和现代先进的控制算法;第四,磁流变阻尼器结构的优化布置分析,在既定的优化目标下利用时程分析方法对磁流变阻尼结构进行优化分析,且得出了优化布置结果,并给出计算实例,编制了相应的计算程序。
Structure vibration control is a new kind of anti-earthquake technique. Semi-active control is a kind of control technique which compromises between active control and passive control. It only requires small external power source and can produce control results of active control. The advantages of magnetorheologi--cal damper (MRD) which were made of magnetorheological fluid (MR) are not only simple structure, small volume, quick respond, small power requirement and adjustable damp forces, but also easily combine with computers. MRD with semi-active control strategy can effectively reduce structure's wind vibration and earthquake response. Thus at home and abroad more and more experts study on MRD, and acquire many achievements, but there are many problems about damper mechanical model and magnetorheological structure's analysis and design etc., so these problems require to be solved and completed.
In this paper, the major aim is that establishing analysis design method about magnetorheological structure.The following work is done:First,the mechani--al model of the magnetorheological damper.Base on several mechanical models which are used to analyze the mechanical abilities of MRD a simple and accurate mechanical mode is advanced. These kinds of mechanical models which are used to analyze the mechanical abilities of MRD are compared.Second,the design and making of the MRD,Introduce the inner special on the MRD structure.Third,the control algorithm of the MRD,several control algorithm methods are rasied that are applied for the control structure,including the classic control theroy and the modern control theroy.Fouth, the optimum analysis about the magnetorheological structure. For the fixed optimum goal, the optimum design of the MRD structure is carried by using the method of time-history analysis. An example is given and corresponding calculating program is made.
引文
[1]欧进萍.结构振动控制—主动、半主动和智能控制.北京:科学出版社,2003.11.
[2]邬吉吉华,楼文娟,陈勇,朱瑶宏,唐锦春.磁流变阻尼器对斜拉索半主动控制的最优参数.振动、测试与诊断.第26卷第1期2006年3月.
[3]徐赵东,郭迎庆著.Matlab语言在建筑抗震工程中的应用.北京:科学出版社,2004.
[4]徐赵东,沈亚鹏.磁流变阻尼器的计算模型及仿真分析.建筑结构,2003.
[5]王影,贾启芬,刘习军.磁流变阻尼器的力学模型.机床与液压,2005.NO.3.
[6]郑伟,阎石,莫巨华.基于遗传算法的高层建筑MR阻尼器优化布置.沈阳建筑大学学报(自然科学版),2005年11月第21卷第6期.
[7]瞿伟廉.MR阻尼器对高耸结构风振反应的智能控制.建筑科学与工程学报,2006年3月第23卷第1期.
[8]李惠,刘敏,欧进萍,关新春.斜拉索磁流变智能阻尼控制系统分析与设计.中国公路学报,第18卷2005年.
[9]张延年,李艺,董锦坤,朱朝艳,范鹤.智能振动控制装置布局优化设计.沈阳建筑大学学报(自然科学版),2006年03第22卷第2期.
[10]胡建华,王修勇,陈政清,倪一清.斜拉桥拉索磁流变阻尼器减振技术的参数优化研究.土木程学报,第39卷第3期2006年3月.
[11]林涛.用磁流变阻尼器实现对桥梁拉索的振动控制.工程建设与设计,2003年第8期.
[12]金宝宁,夏兆旺,马洪福.基于人工神经网络的磁流变阻尼器研究.科技资讯,2005 NO.27.
[13]徐晓龙,孙炳楠,唐锦春.基于模糊神经网络的建筑结构半主动控制研究.浙江建筑,第23卷第2期2006年2月.
[14]周云,吴志远,邓雪松.高层建筑磁流变阻尼器风振半主动控制系统的优化.振动与冲击,第22卷第1期.
[15]李秀领,李宏男.磁流变阻尼器结构控制策略研究进展.防灾减灾工程学报,第24卷第3期2004年9月.
[16]熊超,郑坚,吕建刚,薛德庆.磁流变阻尼器力学特性及其在车辆悬挂系统中的应用.液压与气动,2006年第1期.
[17]熊超,郑坚,张进秋,薛德庆.磁流变阻尼器的设计及其力学特性实验研究.军械工程学院学报,第16卷第2期2004年4月.
[18]付伟庆,张永山,刘文光,陈菲.磁流变阻尼器被动隔震振动台试验研究.沈阳建筑大学学报(自然科学版),2006年03月第22卷第2期.
[19]颜桂云,孙炳楠,陆鸣.MR阻尼器对建筑结构地震反应的半主动H。控制.工程学报,第21卷第2期2004年4月.
[20]贝伟明,李宏男.半主动控制装置在受控结构中的优化布置.防灾减灾土程学报,第26卷第1期2006年2月.
[21]张纪刚,吴斌,欧进萍.渤海某平台磁流变智能阻尼隔振控制.沈阳建筑大学学报(自然科学版),2006年1月第22卷.
[22]李宏男,常治国,王苏岩.基于智能算法的MR阻尼器半主动控制.振动工程学报,第17卷第3期2004年9月.
[23]吴龙,陈花玲,徐一兵.基于Bingham模型的磁流变阻尼器的优化设计.机械科学与技术,第24卷第8期2005年8月.
[24]盛严,王超,潘颖.基于LOG/LTR的磁流变阻尼器半主动控制律.工程力学,第21卷第1期2004年2月.
[25]周强,瞿伟廉.安装MR阻尼器工程结构的非参数模型自适应控制.地震工程与工程振动,第24卷第4期2004年8月.
[26]孙清,史庆轩,周进雄,张陵.磁流变阻尼器在相邻建筑结构体系弹塑性地震反应控制中的应用.世界地震工程,21卷1期2005年3月.
[27]邓光.建筑结构设置磁流变阻尼器和基础隔震的混合控制研究.辽宁科技学院学报,第8卷第1期2006年3月.
[28]张永山,付伟庆,王焕定.MR阻尼器智能基础隔震系统数值模拟研究(Ⅱ).广州大学学报(自然科学版),第5卷第1期2006年2月.
[29]张红辉,廖昌荣,唐旭东,余森,陈伟民.磁场有限元在估计磁流变阻尼器性能中的应用.重庆大学学报(自然科学版),2005年10月第28卷第10期.
[30]张红辉,廖昌荣,陈伟民,黄尚廉.磁流变阻尼器磁路设计及磁饱和有限元分析.功能材料与器件学报,第10卷第4期2004年12月.
[31]王吴,胡海岩.磁流变阻尼器的模糊逼近.第19卷第1期2006年3月.
[32]刘斌,李爱群.磁流变阻尼器及其研究进展.常州工学院学报,第18卷增刊2005年12月.
[33]张琳,田玲,李文勇.基于MATLAB的MR队尼器的议计杖术研究.液压与气动,2004年第08期.
[34]宁欣,阎石,王丰.磁流变阻尼器半主动控制算法的改进.沈阳建筑工程学院学报(自然科学版),2004年1月第20卷第1期.
[35]韩兵康,张静怡.土木工程结构鲁棒控制的发展.地震工程与工程振动,第24卷第6期2004年12月.
[36]赵阳,高淑华,黄涛,唐国安.复杂结构的动力学模型缩聚.复旦学报(自然科学版),第44卷第3期2005年6月.
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[38]邸龙.磁流变阻尼器对建筑结构的减振研究.西安:西安建筑大学,2003 年2月.
[39]韩亚伟.基于神经网络的结构振动预测控制研究.天津:天津大学,2003年12月.
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[42]陈水生,孙炳楠,冯义卿.斜拉桥拉索—阻尼器系统非线性瞬态响应分析.应用数学和力学,第25卷第6期(2004年6月).
[43]史志利,张建华,李忠献.一致激励下MR阻尼器对桥梁地震反应控制效果的研究.特种结构,第22卷第2期2005年6月.
[44]KoboriT,Takahashi M,Nasu T,etal.Seismic response control structure with active variable stiffness system.Earthquake Engineering and Structure Dynamics,1993,22(11):925-941.
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[47]Wguttaker.A.S,Bertero.V.V.Seismic testing of steel plate energy dissipation devices.Earthquake Spectra,1991,7(4):563-604.
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[49]JINGING WU,GENDA CHWN,MENGLIN LOU.Seismic effectiveness of tuned mass dampers considering soil—structure interaction.Earthquake Engineering and Structural Dynamics,1999,28(10):1219-1233.
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[51]Martin C R,Soong T T.Modal control of multistorey structures.Journal of Mechanics,1976,102(7):613-623.
[52]Abdel-Rohman M,Leipholz H H E.Structural control by pole assignment method.Journal of Engineering Mechanics,1978,104(10):1159-1175.
[53]彭俊生、罗永坤.结构概念分析与SAP2000应用.成都:西南交通大学出版社,2005.10.
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