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新型磁流变阻尼器及大跨度空间结构半主动控制体系研究

张路  
【摘要】:磁流变(MR)阻尼器作为一种半主动控制装置,兼具被动控制装置的稳定性和主动控制装置的适应性,被认为是可应用于土木工程结构控制最具前景的耗能减震装置之一,受到国内外学者的广泛关注。本文系统研究新型MR阻尼器的结构设计、原理改进、性能测试、力学模型以及基于新型MR阻尼器的大跨度空间结构半主动控制体系,主要研究工作与创新成果如下: (1)建立了一种剪切阀式MR阻尼器的简化设计方法。以磁路优化原则为基础,将磁路设计与结构设计合为一体,在得到阻尼器最优设计参数的同时简化了阻尼器的设计过程。研究表明,所建立的简化设计方法简便、有效、可靠,可作为剪切阀式MR阻尼器工程设计的一种实用方法。 (2)研制了两种新型MR阻尼器并建立了其阻尼力预估模型。改进传统结构形式,设计制作了阻尼力双向调节和全通道有效两种新型MR阻尼器,通过阻尼通道处磁场分布测试及阻尼器力学性能试验,研究了结构参数及磁场分布对阻尼器力学性能的影响,通过磁路有限元分析并结合试验数据,建立了阻尼器阻尼力预估模型。研究表明,两种新型MR阻尼器均很好地实现了设计意图,阻尼力双向调节MR阻尼器在零电流状态下能实现中等出力,有效保证了其故障安全性能;全通道有效MR阻尼器的最大阻尼力提高一倍以上,阻尼力调节系数提高70%以上;所建立的阻尼力预估模型能较准确地预估阻尼器的实际阻尼力。 (3)建立了新型MR阻尼器的动力滞回模型。基于Logistic函数和Gompertz函数,建立了新型MR阻尼器的两种动力滞回模型,识别了所研制的两种新型MR阻尼器的模型参数。研究表明,所建立的两种动力滞回模型的函数形式简单,且对新型MR阻尼器力学性能的识别精度较高。 (4)建立了基于新型MR阻尼器的大跨度空间结构半主动控制体系。针对一体育馆屋盖结构,建立了应用阻尼力双向调节MR阻尼器的大跨度空间结构半主动控制体系,基于阻尼器的三状态出力特性,提出了改进的半主动中级开关控制算法和半主动三级控制算法以及修正的Clipped-optimal半主动开关控制算法,比较分析了不同半主动控制算法的控制效果。研究表明,所提出的半主动控制算法有效提高了对受控结构的控制效果。


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