發(fā)布時(shí)間：2020-05-27 17:50

【摘要】：針對非線性能量阱(Nonlinear energy sink,NES)的關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)尋優(yōu)問題提出改進(jìn)的模擬退火(Simulated annealing,SA)優(yōu)化算法,以兩階段算法流程對SA算法冷卻進(jìn)度表的初始溫度、降溫因子進(jìn)行訓(xùn)練,得出更適合NES優(yōu)化問題中SA算法的冷卻進(jìn)度表。解決NES設(shè)計(jì)參數(shù)大空間尋優(yōu)過程中迭代收斂緩慢、易于陷入局部最優(yōu)的問題,首先插值構(gòu)造NES的設(shè)計(jì)參數(shù)小空間,進(jìn)行快速窮舉尋優(yōu),獲得解空間初步特性和第二階段大空間SA過程的參數(shù)初值,借此訓(xùn)練更為高效的SA參數(shù),并設(shè)置目標(biāo)控制閾值以大幅降低陷入局部最優(yōu)的風(fēng)險(xiǎn),進(jìn)而使改進(jìn)SA收斂過程穩(wěn)定高效地獲得NES減震控制體系參數(shù)全設(shè)計(jì)空間的數(shù)值最優(yōu)解�；诟倪M(jìn)的SA算法上,對如下幾類非線性能量阱減震控制體系進(jìn)行了優(yōu)化分析:(1)首先,對單自由度布置負(fù)剛度NES控制系統(tǒng)在脈沖的激勵(lì)下,對其關(guān)鍵參數(shù)使用改進(jìn)的SA算法進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化,并與傳統(tǒng)SA算法進(jìn)行比較分析,得出改進(jìn)的SA算法在收斂性能與對全局最優(yōu)解的搜索能力均比傳統(tǒng)SA算法好。其次,在優(yōu)化的基礎(chǔ)上進(jìn)一步分析其在脈沖和地震荷載兩類不同激勵(lì)的減振性能,與I型NES、TMD相比,數(shù)值顯示負(fù)剛度NES總體減振性能更佳,尤其是當(dāng)主結(jié)構(gòu)特性改變時(shí),其控制效果更為明顯。最后對兩自由度被控主結(jié)構(gòu)在地震加速度波激勵(lì)下優(yōu)化的參數(shù)進(jìn)行不同地震波激勵(lì)的減震性能分析,依然得出類似的結(jié)果;(2)對于20層Benchmark模型,負(fù)剛度NES在主結(jié)構(gòu)剛度發(fā)生變化時(shí),其對主結(jié)構(gòu)的控制效果有良好的表現(xiàn),而TMD在地震加速度波峰值發(fā)生變化時(shí),其控制效果不受影響。為綜合兩種控制裝置優(yōu)點(diǎn),提出負(fù)剛度NES與TMD聯(lián)合控制裝置。對于此并聯(lián)的聯(lián)合控制裝置,需要優(yōu)化的參數(shù)更多,優(yōu)化解空間更大,使用改進(jìn)的SA算法對其進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化,并揭示了并聯(lián)控制策略同時(shí)具備負(fù)剛度NES與TMD的優(yōu)勢,即在剛度魯棒性與地震波峰值魯棒性上均有良好的控制性能,同時(shí)也驗(yàn)證了改進(jìn)SA算法的有效性;(3)對碰振NES模型,提出改進(jìn)的碰振NES形式,進(jìn)而對其進(jìn)行力學(xué)模型的數(shù)值建模、優(yōu)化參數(shù)與地震激勵(lì)波的設(shè)計(jì),并使用改進(jìn)的SA進(jìn)行對改進(jìn)碰振NES的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。對四層框架主結(jié)構(gòu)頂層分別布置不同質(zhì)量比的改進(jìn)的碰振NES,評價(jià)指標(biāo)的分析顯示改進(jìn)的碰振NES對主結(jié)構(gòu)有一定的控制效果,并揭示了改進(jìn)的碰振NES比改進(jìn)前的碰振NES減震效果更佳。
【圖文】：

(b)頂層 TMD 附屬于框架結(jié)構(gòu)模型;（b）T frame with the attached TMD and (b) Me度矩陣描述如下：12nTMDmmMmm …、nm 代表的是結(jié)構(gòu)第 1、2、…

圖 3-2 I 型 NES 結(jié)構(gòu)模型圖與平面示意圖Fig.3-2 Structure model of Type I NES and it’s plane graphI 型非線性能量阱簡稱 I 型 NES ，由質(zhì)量塊、彈簧和阻尼器組成，其示意圖如圖3-2 所示。與 TMD 不同的是，I 型 NES 使用兩根等長線性彈簧構(gòu)造幾何非線性，構(gòu)造恢復(fù)力與位移呈剛度 3 次方關(guān)系。若兩彈簧和質(zhì)量塊在同一水平線上，則此時(shí)為平衡位置，當(dāng)質(zhì)量塊沿初始平衡位置與彈簧垂直方向移動(dòng)時(shí)（此方向簡稱垂線方向），，其恢復(fù)力與位移關(guān)系為：2 22 (1 )IN ININlF kuu l (3-20其中，l 為被拉伸彈簧長度，k 為單個(gè)彈簧的剛度，INF 為質(zhì)量塊垂線方向的恢復(fù)力INu 為質(zhì)量塊沿垂線方向上的相對位移。將(3-20)按麥克勞林級數(shù)展開：3 30 02 (1 / ) ( / )IN IN INF ku l l ku l l(3-21其中，0l 為單個(gè)彈簧未受力下的彈簧原始長度，當(dāng)質(zhì)量塊處于平衡位置時(shí)，0l l，代入式(3-21)得到質(zhì)量塊的恢復(fù)力近似表達(dá)式：
【學(xué)位授予單位】：廣州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TU352.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2683910