發(fā)布時(shí)間：2018-11-21 18:06

【摘要】：結(jié)構(gòu)的減振控制方法可歸納為被動(dòng)控制、半主動(dòng)控制、主動(dòng)控制以及混合控制等。近年來國際振動(dòng)控制研究的前沿技術(shù)是智能控制,利用壓電材料制成的壓電摩擦阻尼器就是一種智能控制裝置。本文利用壓電材料的逆壓電效應(yīng)和等效彈簧剛度理論提出了一種壓電摩擦阻尼器,并通過半主動(dòng)控制算法對(duì)阻尼器的控制效果進(jìn)行數(shù)值模擬分析。主要包括以下工作:1)通過研究壓電材料的物理力學(xué)性能,利用有限元軟件建立數(shù)值模型,將分析結(jié)果與壓電材料的出廠性能進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證數(shù)值模型的正確性。通過ABAQUS軟件的Python二次開發(fā)接口編寫程序腳本實(shí)現(xiàn)了疊堆片的復(fù)制、對(duì)疊堆片賦予材料屬性和對(duì)疊堆片加載電壓的前處理操作。2)利用等效彈簧剛度理論對(duì)設(shè)計(jì)的壓電摩擦阻尼器進(jìn)行理論分析;利用電能輸入和機(jī)械能輸出原理來優(yōu)化阻尼器外殼尺寸;通過數(shù)值模擬得到了阻尼器在簡諧位移制度下不同加載電壓的力與位移關(guān)系曲線。3)利用遺傳算法對(duì)LQR控制算法中的Q、R權(quán)矩陣進(jìn)行優(yōu)選,結(jié)構(gòu)的位移、加速度以及阻尼器的阻尼力為參考目標(biāo)建立適應(yīng)度函數(shù)。優(yōu)選后和人工試算尋找到的Q、R權(quán)矩陣形成的兩種工況進(jìn)行結(jié)構(gòu)控制效果比較,得出優(yōu)化后的控制函數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)的控制效果較好,從而驗(yàn)證了遺傳算法對(duì)于搜索全局最優(yōu)響應(yīng)值的可行性。4)提出了一種改進(jìn)的Bang-Bang控制策略,通過控制策略來控制壓電摩擦阻尼器的輸入電壓,達(dá)到壓電摩擦阻尼器對(duì)結(jié)構(gòu)層間位移和樓層加速度控制的目的。數(shù)值模擬了在改進(jìn)的控制策略下壓電摩擦阻尼器對(duì)某三層鋼框架結(jié)構(gòu)的控制,分析結(jié)果表明壓電摩擦阻尼器對(duì)結(jié)構(gòu)的層間位移和樓層加速度的控制效果較好。
[Abstract]:The vibration control methods of the structure can be divided into passive control, semi-active control, active control and hybrid control. In recent years, intelligent control is the leading technology of international vibration control research. Piezoelectric friction damper made of piezoelectric materials is a kind of intelligent control device. In this paper, a piezoelectric friction damper is proposed based on the inverse piezoelectric effect of piezoelectric material and the equivalent spring stiffness theory. The control effect of the damper is numerically simulated by semi-active control algorithm. The main contents are as follows: 1) by studying the physical and mechanical properties of piezoelectric materials, a numerical model is established by using finite element software, and the results are compared with the performance of piezoelectric materials in order to verify the correctness of the numerical model. Through the Python secondary development interface of ABAQUS software, the program script is written to realize the duplication of stack chips. The preprocessing operation of stacking chip loading voltage and material attribute. 2) theoretical analysis of the piezoelectric friction damper designed by using the equivalent spring stiffness theory; The energy input and mechanical energy output principle are used to optimize the shell size of the damper. Through numerical simulation, the curves of the relationship between force and displacement of dampers with different loading voltages under harmonic displacement regime are obtained. 3) genetic algorithm is used to optimize the QR weight matrix of the LQR control algorithm, and the displacement of the structure is obtained. The acceleration and damping force of the damper are used as the reference target to establish the fitness function. After the optimal selection and the artificial trial calculation, the structure control effect is compared between the two conditions, which are formed by the QR weight matrix, and it is concluded that the optimized control function has a better control effect on the structure. The feasibility of genetic algorithm for searching global optimal response value is verified. 4) an improved Bang-Bang control strategy is proposed to control the input voltage of piezoelectric friction damper. The piezoelectric friction damper can control the floor displacement and the acceleration of the structure. Numerical simulation shows that the piezoelectric friction damper can control a three-story steel frame structure under the improved control strategy. The results show that the piezoelectric friction damper has a better control effect on the floor displacement and acceleration of the structure.
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TU352.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2347827