本文選題：振動控制 + 負(fù)剛度控制��； 參考：《華中科技大學(xué)》2014年博士論文

【摘要】：在土木結(jié)構(gòu)的振動控制領(lǐng)域,結(jié)構(gòu)振動的半主動控制因具有輸入能量少、控制效果好、實(shí)用性強(qiáng)等優(yōu)勢成為近些年的研究熱點(diǎn)。目前的半主動控制方法會提高結(jié)構(gòu)的剛度,雖然可以較好的控制結(jié)構(gòu)的層間位移但對加速度的控制效果并不理想。負(fù)剛度振動控制由于可部分抵消結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度,從而使加速度得到更好的控制。目前國內(nèi)外在這方面的研究尚處于起步階段,研究成果較少,未見到負(fù)剛度減震控制結(jié)構(gòu)中正負(fù)剛度阻尼器的布置規(guī)律及其減震結(jié)構(gòu)的振動臺實(shí)驗(yàn)研究,本文研究旨在彌補(bǔ)這些不足。本文主要研究工作有以下四個(gè)方面： 1)對單自由度體系和雙自由度體系進(jìn)行負(fù)剛度阻尼器減震的理論分析。通過對單自由度結(jié)構(gòu)的理論分析,發(fā)現(xiàn)負(fù)剛度阻尼器較傳統(tǒng)阻尼器更有利于提高結(jié)構(gòu)減震效果；通過對比分析多種雙自由度體系的減震方法,發(fā)現(xiàn)當(dāng)負(fù)剛度阻尼器布置在結(jié)構(gòu)下部時(shí)可取得更好的減震效果。 2)對Benchmark模型進(jìn)行了負(fù)剛度減震的阻尼器優(yōu)化布置研究。提出了MATLAB與SAP2000混合分析的新方法,編制了相應(yīng)基于遺傳算法的MATLAB優(yōu)化分析程序。采用編制的程序?qū)?0層Benchmark模型進(jìn)行正、負(fù)剛度阻尼器的優(yōu)化布置研究,得出了負(fù)剛度減震控制結(jié)構(gòu)正負(fù)剛度阻尼器的布置規(guī)律：首層應(yīng)布置正剛度阻尼器,中下部應(yīng)布置負(fù)剛度阻尼器,上部應(yīng)布置正剛度阻尼器,除一層外相鄰兩層的阻尼器剛度宜逐漸變化。在多層結(jié)構(gòu)中合理的布置負(fù)剛度阻尼器可以取得較傳統(tǒng)粘滯阻尼器更好的振動控制效果。 3)研制了負(fù)剛度磁流變阻尼器及其配套的控制系統(tǒng)。根據(jù)負(fù)剛度振動控制及本文實(shí)驗(yàn)的需要,設(shè)計(jì)制作了兩支磁流變阻尼器,并以DSP為計(jì)算控制核心開發(fā)了一套磁流變阻尼器的負(fù)剛度控制系統(tǒng)。通過實(shí)驗(yàn)研究了阻尼器的性能,結(jié)果表明：本文研制的磁流變阻尼器的出力范圍為80N-1400N,滯回曲線飽滿；采用研制的MR阻尼器和負(fù)剛度控制器,通過改變控制參數(shù)可實(shí)現(xiàn)具有負(fù)剛度性態(tài)的滯回曲線。 4)負(fù)剛度磁流變阻尼器鋼框架減震的振動臺實(shí)驗(yàn)。對四層鋼框架進(jìn)行了負(fù)剛度的減震優(yōu)化分析,并參照分析結(jié)果進(jìn)行了振動臺減震實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)對比了阻尼器分別為正剛度、負(fù)剛度和零剛度三種情況時(shí)的減震效果,結(jié)果表明負(fù)剛度阻尼器較普通粘滯阻尼器和正剛度阻尼器有更好的減震表現(xiàn)。 綜上所述,本文提出的負(fù)剛度磁流變阻尼器及其結(jié)構(gòu)中的布置規(guī)律,可有效實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的負(fù)剛度振動控制,使結(jié)構(gòu)的層間位移和加速度同時(shí)得到較好控制,具有良好應(yīng)用前景。
[Abstract]:In the field of vibration control of civil structures, semi-active control of structural vibration has become a research hotspot in recent years because of its advantages of low input energy, good control effect and strong practicability. The current semi-active control method can improve the stiffness of the structure, although it can better control the displacement of the structure, but the acceleration control effect is not ideal. The vibration control of negative stiffness can partially offset the lateral stiffness of the structure, so the acceleration is better controlled. At present, the research in this field at home and abroad is still in its infancy, and the research results are few. The layout of positive and negative stiffness dampers in the negative stiffness damping control structure and the shaking table experimental study of the damping structure are not seen. The purpose of this study is to remedy these deficiencies. The main work of this paper is as follows: 1) theoretical analysis of negative stiffness dampers for single-degree-of-freedom systems and two-degree-of-freedom systems. Through the theoretical analysis of single-degree-of-freedom structures, it is found that the negative stiffness dampers are more advantageous than the traditional dampers in improving the vibration absorption effect of the structures. It is found that a better damping effect can be obtained when the negative stiffness dampers are arranged in the lower part of the structure. 2) the optimal arrangement of the negative stiffness dampers for the benchmark model is studied. A new method of mixed analysis of MATLAB and SAP2000 is presented, and a MATLAB optimization analysis program based on genetic algorithm is developed. The optimal arrangement of positive and negative stiffness dampers for 20 story benchmark models is studied by using the program compiled. The layout rules of positive and negative stiffness dampers for structures controlled by negative stiffness damping are obtained: the positive stiffness dampers should be arranged on the first floor, and the positive stiffness dampers should be arranged on the first floor. Negative stiffness dampers should be arranged in the middle part and positive stiffness dampers should be arranged in the upper part. The stiffness of the two adjacent layers except one layer should be changed gradually. A reasonable arrangement of negative stiffness dampers in multistory structures can achieve better vibration control effect than traditional viscous dampers. 3) the negative stiffness magneto-rheological dampers and their supporting control systems are developed. Two magnetorheological dampers are designed and manufactured according to the needs of negative stiffness vibration control and experiments in this paper, and a set of negative stiffness control system of Mr damper is developed with DSP as the core of calculation control. The performance of the damper is studied experimentally. The results show that the output force of the Mr damper is in the range of 80N-1400N, the hysteresis curve is full, the developed Mr damper and the negative stiffness controller are used. The hysteresis curve with negative stiffness can be realized by changing the control parameters. 4) the vibration table experiment of negative stiffness magneto-rheological damper steel frame is carried out. In this paper, the negative stiffness of four-story steel frame is optimized, and the vibration abatement experiment is carried out with reference to the results of the analysis. The results of the experiments are compared when the dampers are positive stiffness, negative stiffness and zero stiffness, respectively. The results show that the negative stiffness dampers have better performance than the conventional viscous dampers and the positive stiffness dampers. To sum up, the negative stiffness magnetorheological damper and its layout can effectively control the negative stiffness vibration of the structure, and make the interstory displacement and acceleration of the structure be well controlled at the same time, which has a good prospect of application.
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TU352.1

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本文編號：2054007