基于壓電變摩擦阻尼器的半主動優(yōu)化控制研究.pdf

1、我國是一個多地震的國家,長期的地震災害給我國造成了巨大的經(jīng)濟損失和人員傷亡。如何減小地震對人類社會的影響,是工程結構抗震領域亟需解決的重要課題,其中結構振動控制就是一種減小地震對工程結構影響的有效方法之一。結構振動控制是在結構的關鍵部位安裝適當數(shù)量的控制裝置,當?shù)卣鹱饔脮r,控制裝置與結構共同抵御輸入結構的地震能量,以減小結構的地震反應。結構振動控制的種類較多,其中半主動控制因同時具有主動控制和被動控制的優(yōu)點,受到了各國工程技術人員的青睞

2、,智能材料的迅猛發(fā)展又為結構半主動振動控制的實現(xiàn)提供了一個新途徑。本文以壓電材料特殊的物理力學性能和半主動控制理論為基礎,主要進行了以下研究工作:
　　(1)采用ANSYS有限元分析軟件,分析了壓電陶瓷管的位移性能、出力性能及遲滯效應等,并與材料的出廠性能進行了比較,兩者吻合較好,說明文中建立的有限元分析模型比較合理,計算結果可靠。同時,以廠家提供的壓電陶瓷管為原型,利用壓電材料的逆壓電效應,研究了一種新型壓電變摩擦阻尼器的工作原

3、理和構造方法,建立了這種變摩擦阻尼器在簡諧荷載作用下的本構方程,給出了相應的設計構造詳圖。分析結果表明,文中提出的變摩擦阻尼器能夠方便地利用壓電陶瓷管的逆壓電效應來改變阻尼器的力學性能,有效地實現(xiàn)結構振動的半主動控制。
　　(2)應用ANSYS9.0系列軟件,建立了一個空間點陣結構的有限元分析計算模型,并且研究了該計算模型結構半主動控制系統(tǒng)的組成以及相應的控制原理和集成方法。同時,還采用有限元建模方法,在對壓電變摩擦阻尼器進行動力

4、學建模的基礎上，建立了空間點陣計算模型結構的半主動控制有限元動力方程,分析了半主動控制動力方程各參數(shù)的形成過程,特別是質(zhì)量矩陣、剛度矩陣、阻尼矩陣和控制力位置矩陣等。此外,以此為基礎,闡述了文中采用的半主動控制理論—最優(yōu)Bang-Bang控制算法,并根據(jù)主動控制力與結構速度反應之間的關系,確定壓電摩擦阻尼器提供的摩擦力,從而實現(xiàn)了結構振動的半主動控制。
　　(3)基于概率搜索特性的遺傳算法,研究了壓電變摩擦阻尼器在空間點陣結構中的

5、優(yōu)化布設等問題,主要方法是在結構中的斜撐上布設阻尼器并將其集成于結構之中。應用MATLAB軟件編寫了適應度函數(shù)程序,利用GADS遺傳算法工具箱進行了優(yōu)化計算,確定了在阻尼器數(shù)量一定的條件下,阻尼器在空間點陣結構中的最優(yōu)布設位置。最后,綜合考慮結構的抗震可靠性、控制效果、硬件成本等因素,初步確定阻尼器的布設數(shù)量,接著通過 MATLAB仿真分析,探討了未控結構和受控結構、受控結構的阻尼器隨機布設和優(yōu)化布設時地震反應的一般規(guī)律,檢驗了相應的控