基于壓電摩擦阻尼器的輸電塔模型結(jié)構(gòu)半主動控制試驗(yàn)研究.pdf

1、在人類面臨的各種自然災(zāi)害中,地震是其中之一,給人類帶來了嚴(yán)重的人身和經(jīng)濟(jì)危害。地震中建筑結(jié)構(gòu)的損壞和倒塌是造成人員傷亡的主要原因,因此工程結(jié)構(gòu)抗震在土木工程領(lǐng)域處于十分重要的地位。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)合理的同時保證結(jié)構(gòu)在地震作用下的可靠性與安全性,降低地震給人類帶來的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失,是工程界極其關(guān)注的問題,其中結(jié)構(gòu)振動控制是能夠有效減小震害的方法之一。當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時,控振裝置與結(jié)構(gòu)一起抵御地震動輸入到結(jié)構(gòu)中的能量,降低結(jié)構(gòu)的振動反應(yīng)。結(jié)構(gòu)被

2、動控制、半主動控制與主動控制是三種主要的結(jié)構(gòu)控振方法,其中結(jié)構(gòu)半主動控制結(jié)合了結(jié)構(gòu)被動控制與結(jié)構(gòu)主動控制的優(yōu)點(diǎn),應(yīng)用前景廣闊。隨著智能材料的發(fā)展,結(jié)構(gòu)半主動控制的實(shí)現(xiàn)途徑不斷增多。本文就是在這樣的背景下應(yīng)用壓電材料的逆壓電效應(yīng)制成了一種帶有自動復(fù)位功能的壓電摩擦阻尼器,以半主動控制理論為基礎(chǔ),進(jìn)行了以下研究:
　　(1)分析了壓電陶瓷驅(qū)動器的本構(gòu)關(guān)系和出力機(jī)理,在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一種新型壓電摩擦阻尼器,提出阻尼器的阻尼力模型,同時進(jìn)

3、行理論出力計(jì)算。對壓電摩擦阻尼器進(jìn)行試驗(yàn)研究,包括試驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)、摩擦系數(shù)的測定和驅(qū)動性能測試。將試驗(yàn)結(jié)果與理論出力計(jì)算進(jìn)行對比分析,為阻尼器后續(xù)的理論與試驗(yàn)研究提供了出力依據(jù)。對阻尼器進(jìn)行了滯回性能試驗(yàn),證明其有穩(wěn)定的耗能能力。
　　(2)在前人研究的基礎(chǔ)上闡述了半主動控制系統(tǒng)的工作原理,包括系統(tǒng)運(yùn)動方程的建立、系統(tǒng)狀態(tài)空間的形成、LQR算法中主動最優(yōu)控制力的確定和最優(yōu)Bang-Bang半主動控制策略的實(shí)現(xiàn)過程。運(yùn)用有限元軟件A

4、NSYS建立輸電塔結(jié)構(gòu)仿真模型,提取結(jié)構(gòu)的質(zhì)量矩陣和剛度矩陣。運(yùn)用MATLAB軟件建立結(jié)構(gòu)仿真中所需的結(jié)構(gòu)阻尼矩陣與控制力位置矩陣等。通過編寫MATLAB程序?qū)崿F(xiàn)LQR算法中主動最優(yōu)控制力的計(jì)算和最優(yōu) Bang-Bang半主動控制策略。仿真結(jié)果表明摩擦阻尼器耗能良好,能夠有效減小結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng),最優(yōu) Bang-Bang半主動控制策略行之有效,為振動臺試驗(yàn)奠定了理論基礎(chǔ)。
　　(3)對安裝有壓電摩擦阻尼器的輸電塔模型結(jié)構(gòu)進(jìn)行了振動臺

5、試驗(yàn)研究。試驗(yàn)時壓電摩擦阻尼器分別通過鋼索連接在結(jié)構(gòu)兩側(cè),分兩層不同高度進(jìn)行對比分析研究。整個試驗(yàn)過程包括模型的設(shè)計(jì)、拉索-壓電摩擦阻尼器減振系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與安裝、傳感器的布置、半主動控制系統(tǒng)的建立以及地震動的輸入等。對試驗(yàn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析,之后對試驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,包括阻尼器減震效果分析和能量研究等,得出了以下結(jié)論:拉索-壓電摩擦阻尼器減振系統(tǒng)能夠有效參與結(jié)構(gòu)地震中的耗能,減振效果良好;輸入地震能量越小,摩擦阻尼器減震效果越好;拉索安裝