收藏本站
收藏 | 论文排版

基于压电-SMA变摩擦阻尼器的智能隔震系统试验与理论研究

戴纳新  
【摘要】:结构振动控制作为一种积极、有效的减震技术在土木工程中的研究和应用已经有近40年的历史,而近年来将磁流变(MR)、形状记忆合金(SMA)和压电陶瓷(PZT)等智能材料引入其中,为建造大震不倒的结构提供了光辉灿烂的前景,也为振动控制的研究平添了无穷的活力。目前对MR阻尼器的研究已经比较深入和成熟,故有必要加强对其它半主动控制装置的研究与开发。本文基于形状记忆合金(SMA)和压电陶瓷(PZT)两种智能材料的特点,提出了三种压电复合变摩擦阻尼器,它们充分利用PZT的正、逆压电效应和响应速度快的优点以及SMA丝出力大、性能稳定的特性,结合摩擦阻尼器的简单构造,改善了现有压电阻尼器的性能,力图推进压电阻尼器的实用化进程。 在电场作用下,变形被约束的叠层压电陶瓷驱动器能够瞬间提供可控的驱动力(即逆压电效应),而且控制系统简单可靠,这些特点为其实用化提供了方便。利用这个特点,分别研发了水平面内无方向性的压电变摩擦阻尼器和压电-SMA复合变摩擦阻尼器,与圆形隔震橡胶支座协调工作,能够在水平各个方向提供可控的摩擦阻尼。对安装有新型阻尼器的智能隔震结构进行了理论分析和试验研究。在此基础上,还提出了压电自发电的智能隔震系统的理论构想。主要工作包括以下几个方面: (1)针对新型的压电阻尼器和压电-SMA变摩擦阻尼器,制作了其实验室比例的模型。分别进行了压电陶瓷出力性能试验、SMA丝材料性能试验和两种新型阻尼器的动力性能试验:压电驱动器出力性能试验结果表明,开始阶段预压力的增加能提高压电陶瓷驱动器的出力,但随着约束钢架被预压得越来越紧密,压电驱动器出力趋于稳定。阻尼器性能试验主要研究其动力特性,研究了施加固定预压力(对应于“被动关”状态)和同时施加预压力和变电压下阻尼力(对应于半主动控制状态)的特性,特别是研究了双向滑动时压电摩擦阻尼器的动力特性,还测试了大行程下SMA丝提供的阻尼力特性。结果表明,SMA丝能够在隔震层位移较大时,提供很好的复位力。智能阻尼器半主动和被动状态下的可控阻尼力稳定,滞回性能在低频段基本不随加载频率的变化而改变。双向滑动时,起滑阶段x、y方向初始刚度相差较大,滑移稳定后双向的动力特性稳定。 (2)由于压电-SMA复合变摩擦阻尼器构造复杂,而且两种智能材料(叠层压电驱动器和SMA丝)都在贡献阻尼力时导致阻尼器变形,而目前研究中基于单向胡克定律的压电可调正压力计算公式已经不再适用。所以,提出了基于有限元分析的智能阻尼器可调阻尼力计算模型和带电压参数的形状系数计算公式。通过Ansys分析还证明了长行程的压电复合阻尼器中,压电正压力偏心,对可调阻尼力的影响非常小,并推导了可调阻尼力偏心影响的计算公式。在此基础上,还优化了复合智能阻尼器的刚度参数。 (3)对基于压电-SMA复合变摩擦阻尼器的智能高位层间隔震系统进行了仿真分析。以一14层的高位(第9层)层间隔震实际工程为算例,进行了限幅最优半主动控制和被动开、关控制以及最优电压控制的比较分析,首先确定了加层隔震抗震加固的智能隔震结构的控制效果评价指标,应用限幅最优控制策略和最优电压被动控制策略对层间隔震结构的地震响应进行了分析。结果表明,最优电压被动控制能取得半主动控制非常接近的控制效果,有效减小结构的地震响应(特别是隔震层的层间位移)。 (4)进行了安装压电-SMA摩擦阻尼器的钢框架隔震模型结构(包括基础隔震和层间隔震)的振动台试验。试验结果表明,新型智能阻尼器的主要构件(压电套筒、约束钢架和SMA丝调节阀)都能在隔震层与圆形隔震垫协调工作,提供水平任一方向的可控阻尼力。比较分析了不同地震波输入下压电摩擦阻尼器的控制效果,特别是研究了隔震层位置不同时(基础隔震、首层隔震),智能隔震的控制效果。试验结果表明,压电-SMA复合变摩擦阻尼器和相应的控制策略都是非常有效的:被动开、关控制和最优电压控制均能减小结构的响应,最优电压控制不仅费效比是最好的,而且能充分发挥压电-SMA摩擦阻尼器的性能,获得很好的控制效果,特别是大幅减少了隔震层的位移,对层间隔震结构而言,不仅仅提高了隔震结构性能,而且也减少了P-Δ效应引起的弯矩和剪力,提高了层间隔震系统的可靠性。 (5)对于偶然偏心作用导致结构的地震扭转响应,压电-SMA复合变摩擦阻尼器中的SMA丝能够提供抗扭拉力和阻尼,抵抗偶然偏心的作用。数值分析和振动台实验都证明,当压电-SMA复合阻尼器安装在结构平面位置的中心时,偶然偏心不会导致结构有明显的扭转振动。而一般的智能阻尼器都要求布置在结构平面位置的四周来抗扭,以牺牲半主动控制力为代价。 (6)提出了一种压电自发电的变摩擦阻尼器和相应的智能层间隔震系统的理论构想。以隔震层地震波输出激励为发电激振力,设计了强制式叠层压电发电装置,推导了地震激励下发电装置发电能力的计算公式,并对两质点层间隔震模型进行了仿真分析,理论证明了压电自发电智能隔震系统的可行性


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 陈朝晖,瞿伟廉,徐幼麟;安装摩擦阻尼器的高耸塔架结构的动力分析[J];武汉工业大学学报;2000年05期
2 吴斌,张纪刚,欧进萍;一种改进的拟粘滞摩擦阻尼器的试验研究与数值分析[J];土木工程学报;2004年01期
3 雷森·塞巴·明斯利,钟铁毅,夏禾;摩擦阻尼器抑制结构振动的研究(英文)[J];北方交通大学学报;2000年01期
4 吴斌,张纪刚,欧进萍;Pall型摩擦阻尼支撑内力计算方法[J];世界地震工程;2004年02期
5 郝燕平,朱梓根;叶片摩擦阻尼器切向刚度研究[J];航空动力学报;2002年04期
6 刘伟庆,魏琏,李松柏;摩擦阻尼器及摩擦阻尼支撑框架[J];南京建筑工程学院学报;1994年02期
7 殷永炜,李宏男;外套框架加层结构利用摩擦和消能装置试验及构造措施研究[J];地震工程与工程振动;2003年01期
8 吕伟民;沥青玛蹄脂碎石混合料的级配[J];华东公路;2000年05期
9 袁胜强;上海地区高速公路SMA配合比设计若干问题[J];城市道桥与防洪;2003年01期
10 马勇,张文宝,周跃军,李兆林;寒冷地区改性沥青SMA路面施工技术研究及应用[J];黑龙江交通科技;2003年08期
11 吴育琦,向拥军;改性沥青SMA的施工与质量控制[J];森林工程;2004年01期
12 吴玉辉;浅谈SMA沥青析漏问题[J];辽宁交通科技;1999年02期
13 余叔藩;提高公路隧道路面抗滑性的建议[J];公路交通技术;2000年01期
14 宫平,胥金彪;深圳滨海大道SMA改性沥青路面施工简介[J];城市道桥与防洪;2001年04期
15 张珂,肖祥松;改性沥青及SMA路面新技术的推广[J];江西建材;2002年04期
16 张小萍,张伟东;基于滑移量的摩擦耗能结构动力分析[J];工业建筑;2003年10期
17 于长河,游润卫;308国道路面施工平整度的控制[J];山东交通科技;2003年01期
18 邓人庆,张丽华;改性沥青及SMA路面新技术[J];华东公路;1998年02期
19 杨凯,辜承林,史铁林,马志云;新型SMA驱动器设计与控制[J];机械设计与研究;2004年02期
20 梁清源,郝培文,鸥建伟;改性沥青在桥面铺装处治工程中的应用[J];公路;1999年07期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 张伟;;浅谈SMA路面技术及应用[A];公路交通与建设论坛(2009)[C];2010年
2 刘叶红;张启安;田海峰;;SMA在312国道无锡段扩建工程中的应用[A];江苏省公路学会优秀论文集(2006-2008)[C];2009年
3 韩继国;朱忠鲁;;SMA沥青路面施工质量控制[A];公路交通与建设论坛(2009)[C];2010年
4 王凤维;;北方寒冷地区改性沥青SMA配合比优化设计[A];第十三届中国科协年会第19分会场-公路在综合交通运输体系中的地位和作用研讨会论文集[C];2011年
5 韩京利;张朝宝;;影响改性沥青及SMA路面平整度的防治措施[A];公路交通与建设论坛(2009)[C];2010年
6 张振华;吴志强;;SMA层合梁的非线性振动和分岔分析[A];第十三届全国非线性振动暨第十届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集[C];2011年
7 罗杰;;SMA沥青玛蹄脂碎石配合比设计[A];公路交通与建设论坛(2009)[C];2010年
8 王颖;;SMA家庭运动康复[A];中国康复医学会运动疗法分会第十一届全国康复学术大会学术会议论文摘要汇编[C];2011年
9 温建明;冯奇;;摩擦阻尼器在高层结构风振控制中的应用[A];第十三届全国结构风工程学术会议论文集(上册)[C];2007年
10 陶武;谢延风;石全红;詹彦;张光伟;;TGF-β1和α-SMA表达与大鼠外伤性癫痫的相关性探讨[A];中国医师协会神经外科医师分会第六届全国代表大会论文汇编[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 戴纳新;基于压电-SMA变摩擦阻尼器的智能隔震系统试验与理论研究[D];湖南大学;2012年
2 张振华;形状记忆合金(SMA)复合结构的动力学分岔与控制[D];天津大学;2012年
3 颜钦;基于SMA的仿生柔性鱼鳍三维运动机理与实验研究[D];中国科学技术大学;2011年
4 狄生奎;基于动力参数的损伤识别及嵌入SMA的钢筋砼结构自监测与自修复研究[D];兰州理工大学;2011年
5 张威;SMA梳形两亲共聚物制备及其在水溶液中聚集行为研究[D];山西大学;2012年
6 董旭峰;树脂基磁致伸缩复合材料及其智能阻尼器[D];哈尔滨工业大学;2008年
7 黄晚清;SMA粗集料骨架结构的细观力学模型研究[D];西南交通大学;2007年
8 景洪标;乳腺癌中FHIT基因异常和肌上皮细胞免疫标记物的研究[D];第三军医大学;2005年
9 于芳;列车荷载及地震作用下隔震铁路桥梁的动力性能研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
10 刘可;基础隔震的试验研究[D];湖南大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 卢爱贞;两种Pall型摩擦支撑体系的抗震性能分析[D];青岛理工大学;2010年
2 蒋巍;阻尼力可变摩擦阻尼器的减震性能比较研究[D];西南交通大学;2012年
3 冯霞;中间柱型摩擦阻尼器的性能研究及工程应用[D];西南交通大学;2012年
4 刘苗苗;基于压电变摩擦阻尼器的半主动优化控制研究[D];西安建筑科技大学;2012年
5 刘学凯;反馈控制摩擦阻尼器设计及耗能机理研究[D];济南大学;2012年
6 刘森;吉林省典型高等级公路SMA路面性能及影响因素分析[D];吉林大学;2010年
7 王凤维;SMA在安白高速公路建设中的应用研究[D];吉林大学;2010年
8 刘艳梅;SMA支撑体系的滞回性能试验研究及其在海洋平台中的应用分析[D];青岛理工大学;2011年
9 郭曙光;基于SMA罩面设计及实施中质量监控的研究[D];东北大学;2008年
10 何其舟;肠系膜上动脉的64层螺旋CT成像研究及临床应用[D];泸州医学院;2011年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 本报记者 陈果 通讯员 陈舜明;改性沥青SMA质量获专家肯定[N];广东建设报;2009年
2 吴文;奥镁集团收购氢氧化镁生产商SMA公司[N];中国冶金报;2011年
3 通讯员徐春 王宏斌;获国家科技进步二等奖[N];中国铁道建筑报;2009年
4 记者 吴文方;高化痛下决心调整小化工[N];中国石化报;2001年
5 余涉;刘军副总裁谈商博士1000[N];厂长经理日报;2000年
6 记者 赖继红;科学安排施工 力争早日通车[N];南昌日报;2008年
7 记者 杨燕;我州开展公路路政法律法规宣传[N];甘孜日报(汉文);2009年
8 吴才森 本报通讯员 廖振华;安徽有这样一支部队[N];江淮时报;2011年
9 通讯员 吴庆梅;哈飞西玛工装工业优良中心成立[N];中国航空报;2010年
10 王嵎生;要“共同体”还是要“大家庭精神”?[N];中国经济时报;2001年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978