【摘要】：在交通日新月異發(fā)展的今天,我國修建了越來越多的大跨度橋梁來方便人們通行。如今,斜拉橋以其優(yōu)異的跨越能力,成為了主流的大跨度橋梁結構之一。斜拉索作為斜拉橋的主要構件之一,它起著承載與傳遞力的作用。由于斜拉索是柔度大、質量輕的小阻尼結構,其在外界荷載作用下容易產生多種形式的的振動,長期的振動會使得斜拉索的錨固端疲勞甚至破壞,引起橋梁結構的內力重分布,嚴重情況下會造成橋梁結構損壞,造成巨大的經(jīng)濟損失。為了抑制斜拉索的振動,通常工程中采取的是被動或半主動控制方法,但它們都存在著一定的缺陷,為此本文引入了宏纖維復合材料(MFC)作為斜拉索的減振控制裝置。作為一種新型的壓電智能材料,宏纖維復合材料(MFC)由壓電陶瓷纖維、環(huán)氧樹脂基、交叉指形電極構成,它具有質量極輕、柔韌性好、驅動效果好、驅動頻段寬等優(yōu)點。目前,MFC已經(jīng)被應用于板殼結構振動控制領域,但國內外對MFC的驅動性能研究卻少之又少,還沒有研究出一套完整的MFC與受控結構復合的驅動方程。因此本文展開了對MFC與受控結構復合驅動方程的研究,建立了兩種MFC驅動方程,完成了MFC對平板結構的驅動試驗;本文提出了一種基于MFC的斜拉索減振方法,選用的控制方法為主動控制方法,并進行了斜拉索的振動控制仿真分析。本文主要工作如下:1)推導出了兩種宏纖維復合材料驅動方程,討論了受控結構泊松比與MFC泊松比對MFC驅動力的影響,進行了MFC的平板驅動仿真與試驗,分析并驗證了兩種宏纖維復合材料驅動方程的適用性。2)提出了一種基于MFC的斜拉索附加彎矩減振方法,將MFC沿斜拉索軸向對稱粘貼,使得MFC對斜拉索施加附加彎矩。將MFC提供的附加彎矩等效為垂直于斜拉索的分布力,并以此建立了斜拉索動力學方程。3)分別運用平衡截斷模型降階方法與H_2范數(shù)降階方法對斜拉索模型進行降階并對比,選取平衡截斷模型降階方法的結果進行振動控制仿真。4)分別運用PID控制方法和模糊PID控制方法完成了斜拉索的主動控制仿真,結果表明模糊PID控制的效果更優(yōu),說明MFC控制斜拉索振動是可行的。
【圖文】：

1.1 課題研究的背景、目的和意義隨著國家經(jīng)濟的發(fā)展，人們對交通的要求也在逐步地提高，我國需要建設更多的大跨度橋梁來完善交通網(wǎng)絡。因此，橋梁的跨越能力成為了選擇橋梁類型的重要指標之一。斜拉橋因具有造型優(yōu)美、簡約與跨越能力強等優(yōu)點，成為大跨度橋梁結構的主要橋型之一。世界上第一座現(xiàn)代斜拉橋——Stromsund 橋是上個世紀五十年代由 F.Dishinger 設計建造的，，它的建成標志著斜拉橋發(fā)展的開始[1]。我國建造的時間較晚，于上個世紀七十年代年建成了第一座斜拉橋——四川省云陽橋。進入二十一世紀后，我國開始大力修建斜拉橋，經(jīng)過多年的建造實踐，我國建造斜拉橋的水平已經(jīng)實現(xiàn)了世界領先。目前，我國已經(jīng)成為世界上大跨度斜拉橋數(shù)量最多的國家，世界上十個最大跨徑的斜拉橋，其中有六座屬于我國，分別為滬通長江大橋、蘇通大橋、香港昂船洲大橋、鄂東長江大橋、上海長江大橋與南京長江三橋。由于經(jīng)濟發(fā)展的需要，在未來的幾十年里，我國大跨度橋梁建設依然會保持高速增長。

7圖1-3 直升機旋翼葉片模型風洞試驗國外學者 Carlos、Debashis 與 Brown[23]-[24]共同合作使用壓電纖維復合材料與碳纖維復合材料進行無人機設計。2009 年，瑞士學者 RolfParadies[25]基于結構流體動力學耦合模型，將壓電宏纖維復合材料作為驅動器鋪設于無人機主動機翼模型上，對模型分別進行靜力、動力試驗的探索性研究，同時對機翼扭轉變形進行了仿真模擬，以此優(yōu)化了機翼輪廓。附有 MFC 的無人機機翼及模型如圖 1-4、1-5 所示。圖1-4 無人機主動機翼模型MFC布置圖
【學位授予單位】：武漢理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：U448.27

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本文編號：2635490