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《西安建筑科技大学》 2010年
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大跨空间结构动力灾变主动控制优化设计研究

董元  
【摘要】: 随着科学技术的不断进步和经济的快速发展,大跨空间结构以其新颖的结构形式、优雅的建筑造型和强大的跨越能力,在国内外的研究与工程应用已日趋广泛,并且得到了迅猛发展。建筑物的跨度不断增大、高度不断增加以及结构形式的日益复杂,使得按传统方法设计的土木工程结构在强地震和强风等动力荷载作用下,很难避免结构发生损伤或破坏。将利用智能材料制作的驱动装置安装在土木工程结构的适当部位进行结构振动主动控制,可以有效地减轻结构在车辆、海浪、风、地震等动力作用下的动力反应和损伤积累,提高结构的抗灾性能。 本文以超磁致伸缩材料(Giant Magnetostrictive Material,简称为GMM)为核心元件,探讨了GMM作动器的工作原理和优化设计方法,研制了一种可以应用于结构振动主动控制的GMM作动器,并对其与主体结构的优化布置方法进行了探讨,通过计算机模拟分析,验证了优化后的主动控制效果。其主要工作如下: (1)研究了GMM的变形机理及磁控特性,在此基础上,设计并制作了一种性能较好的GMM作动器,同时对这种作动器的主要磁力学性能进行了测试,分析了输出位移、输出力等与驱动电流的关系,探讨了高导磁套筒等因素对作动器性能的影响,总结了主要规律,为后续的研究和应用提供了依据。 (2)基于遗传算法这一优化方法,对一平板网架结构主动抗震控制时作动器的布置位置进行了优化设计,利用MATLAB编写了适应度函数程序,并应用GADS工具箱进行了优化计算,在提高优化设计计算效率的同时,可以保证实现对结构的整体优化,避免陷入局部优化,达到了高效、经济对结构进行主动抗震控制的目的。 (3)为了检验优化方法的有效性以及GMM作动器对结构抗震控制的有效性和适用性,应用MATLAB中的SIMULINK工具箱,对平板网架结构进行了主动抗震控制动力时程分析。通过结构在多种不同工况条件下控制效果的对比,验证了应用遗传算法对作动器布置位置优化的有效性。结果表明,应用GMM作动器进行结构抗震主动控制是可行的,一般情况下结构位移的控制效果可达50%左右。
【学位授予单位】:西安建筑科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TU399;TU352.1

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