磁流变阻尼器对建筑结构地震响应半主动控制分析

研究目的:地震时建筑结构的大幅震动已为世人关注。国外学者将磁流变(MR)阻尼器应用到土木结构震动控制上,效果较好。为扩大其在实际工程中的应用,进一步对磁流变阻尼器对建筑结构地震响应进行了理论分析和试验。研究方法:本文首先通过磁流变阻尼器的构件参数(如:活塞的有效长度、缸体的内径、活塞直径、流体的粘度系数等)、输入电流及阻尼器活塞相对于缸体简谐运动频率的改变,分析了各参数对阻尼特性的影响,这将为设计阻尼特性较好的磁流变阻尼器提供理论依据。然后采用了磁流变(MR)阻尼器的修正Bouc-Wen模型及剪切型最优控制(Clipped-Optimal Control)算法对建筑结构地震响应进行了半主动控制分析研究,并且与结构被动控制的效果进行了对比。研究结论:在EI-centro地震激励作用下,被动控制和半主动控制对结构地震响应的水平位移与速度产生了不同的控制效果;对结构的位移及速度的控制效果,MR半主动控制均明显地优于被动控制。     

基于MR阻尼器的智能复合隔震系统的半主动控制

将磁流变液(MR)智能阻尼器并联于传统的被动隔震装置上形成智能复合隔震系统,并采用半主动控制策略对该系统实施智能控制。通过对一栋三层的振动台试验模型的仿真分析表明:在不影响隔震效果的同时大大的减小了隔震层的相对位移;半主动控制策略能有效控制智能复合隔震系统。     

桥梁地震响应半主动控制的加速度放大效应

采用磁流变阻尼器,对1座大跨刚构连续梁桥进行半主动控制、主动控制和被动控制地震响应计算,比较分析6种半主动控制算法对桥梁加速度的放大效应。结果表明:当磁流变阻尼器设置在桥梁支座等连接构件处时,不同半主动控制算法会使阻尼器附近桥梁局部位置的加速度产生不同程度的“针尖”放大效应,而主动控制和被动控制不会产生这种加速度放大效应;比较而言,“开关型”半主动控制算法比“连续型”半主动控制算法的加速度放大效应更加严重;半主动控制算法引起的桥梁加速度放大效应与阻尼器类型、阻尼器位置和桥梁结构动力特性等多种因素有关;半主动控制算法对桥梁的位移和弯矩不会产生剧烈放大的“针尖”现象;阻尼器设置在墩梁刚性连接部位时不会出现加速度放大效应。     

基于MR阻尼器的大跨斜拉桥碰撞效应减震控制

研究目的:漂浮体系大跨度斜拉桥纵向约束较弱,在地震作用下其梁端会产生较大纵向位移,引起碰撞,因此需采取合适的控制措施。本文以一座大跨度公铁两用双塔斜拉桥主引桥为工程背景,针对地震作用下主引桥的碰撞问题,将MR阻尼器引入该桥,通过SIMULINK建模,采取被动、半主动和智能模糊控制等不同的控制措施,研究MR阻尼器在该斜拉桥主引桥碰撞问题中的减震控制效果,以探究最佳控制方案。研究结论:(1)通过将七种控制策略分别与无控下结构的纵向位移响应相对比,可发现半主动控制与被动控制减震效果相接近,模糊逻辑控制效果最佳;(2)从碰撞力响应可看出,七种控制策略均能使主引桥之间的碰撞次数及碰撞力峰值减小,其中半主动控制与模糊逻辑控制的减震效果要优于被动控制;(3)从阻尼器耗能可看出,模糊控制的能量输入要远远小于被动控制和半主动控制;(4)本研究结论可供类似桥梁的主引桥碰撞控制参考和借鉴。     

新型结构磁流变阻尼器的设计与实验

设计了一种新型结构的磁流变阻尼器,该阻尼器的励磁线圈置于阻尼缸筒的外部,具有线圈组件拆装方便,散热效果好,能够提高磁流变阻尼器的有效行程等优点。研制了该磁流变阻尼器的简易样机,实验验证了样机的阻尼特性。     

基于磁流变液阻尼器的高速货车转向架动力学性能研究

分析了现有货车转向架弹性旁承结构的局限性,针对高速货车转向架悬挂系统在运行稳定性和运行安全性两方面的设计难点,提出以可控阻尼的磁流变液阻尼器代替弹性旁承,拟解决高速运行条件下车辆在直线行驶稳定性和曲线通过安全性两方面难以兼顾的问题.通过在Adams/Rail下建立高速货车转向架和车辆动力学模型,仿真对比了安装弹性旁承和磁流变液阻尼器两种抗蛇行连接方式的货车转向架在直线、曲线上的动力学性能.结果验证了磁流变液阻尼器在货车转向架上运用的可行性,以及高速运行条件下其相对于弹性旁承的优越性,是一种理想的可控阻尼装置.     

宁夏永宁黄河公路大桥斜拉索减振方案研究

斜拉索是斜拉桥的主要受力构件,但极易受风致振动及内参数振动,影响整桥的使用寿命。本文以宁夏永宁黄河公路大桥为背景,提出采用拉索外置阻尼器、气动措施并用的综合减振方法来控制其振动,经分析采用具有半主动控制的永磁调节式磁流变阻尼器来增加附件阻尼,提高拉索振动对数衰减率,有效减小拉索在3 Hz以下的大幅振动,确保桥梁安全运营。     

一种新型结构磁流变阻尼器

提出了一种新型结构的磁流变阻尼器,该阻尼器主要包括内层缸筒、外层缸筒和线圈组件,其中线圈组件固定于外层缸筒的外侧,电磁线圈不与磁流变液接触,具有装拆方便、容易维护、散热良好、能够提高磁流变阻尼器活塞的有效行程等优点。采用ANSYS软件建立新型结构磁流变阻尼器的电磁场有限元模型,将电磁场理论分析值和有限元分析值进行比较,分析结果表明,外层缸筒和线圈组件的特殊结构,能够保证磁流变液流动通道内产生有效磁场。     

粘滞阻尼系数对磁流变悬架影响分析

建立了汽车磁流变半主动悬架1/4车辆模型的基础上,采用模糊控制策略,对半主动悬架进行模糊控制仿真。粘滞阻尼系数是磁流变阻尼器的重要参数之一,为研究其对悬架性能的影响,在Simulink环境下采用多次对粘滞阻尼系数赋值的方法,分别对半主动悬架簧载质量加速度、悬架动行程和轮胎动载荷的均方根值进行了仿真计算,得到了粘滞阻尼系数对悬架性能的影响曲线。结果表明:调节粘滞阻尼系数可使簧载质量加速度均方根值达到最小值;增大粘滞阻尼系数可使悬架动行程和轮胎动载荷减小。粘滞阻尼系数为定值时对半主动悬架和被动悬架进行了仿真对比。     

高速动车组半主动悬挂系统几种控制策略对比仿真分析

为了克服数学模型不能反映列车运行的真实情况,利用Adams/rail建立基于磁流变阻尼器的高速动车组8车模型,提出了基于一般模糊控制的量化因子、比例因子的参数自适应模糊控制策略。通过Matlab/Simulink环境中对高速动车组模型与被动控制和简单开关半主动控制、一般模糊控制、参数自适应模糊控制策略进行联合仿真分析。结果表明,一般模糊控制和参数自适应模糊控制比简单开关半主动控制控制品质好,参数自适应模糊控制控制效果最佳;半主动控制策略在降低车体横向加速度,脱轨系数和轮重减载率方面,明显优于被动控制。在提高列车运行平稳性,乘客乘坐舒适度和运行安全性方面显出优势。     

开关式横向半主动悬挂系统的研制

开关式半主动悬挂系统可以提高高速列车的运行平稳性。文章介绍了开关式横向半主动悬挂系统的研制过程。样机台架试验结果表明,开关式横向半主动悬挂系统可以根据控制指令有效地维持和断开减振器所提供的阻尼力,从而提高旅客的横向乘坐舒适性。     

基于MATLAB软件的动车组转向架悬挂系统半主动控制仿真分析

基于CRH2高速动车组转向架悬挂系统结构,对列车垂直、水平两个方向建立动力学模型。利用模糊控制理论,对影响车辆运行平稳性的沉浮、点头、横移、侧滚及摇头等刚体振动进行控制策略分析。根据半主动控制系统的特性要求,提出采用磁流变阻尼替换原有油液阻尼,达到降低车体各个方向的振动加速度从而提升车体稳定性的目的。以中国干线铁路轨道功率谱密度为轨面激励发生基础,联合MATLAB软件中的Simulink模块进行整车性能仿真研究。仿真结果显示,该半主动控制悬挂系统能够较好地抑制两个方向的5种振动模式,对于改善车辆运行平稳性、降低转向架所受冲击力有良好的作用,在设计上可使用半主动控制的磁流变悬挂系统代替传统铁道车辆被动悬挂控制。     

半主动减振器阻尼控制技术研究

对铁道机车车辆半主动控制减振器进行了理论研究和产品研制,提出一种根据振动加速度得到振动速度的频率与幅值方法,基于模糊神经网络控制策略,实现半主动减振器控制阻尼参数可调,适用于各种路况、速度等级,满足提速与乘坐舒适度的要求.     

比例溢流阀式半主动悬挂系统仿真研究

利用建立的比例溢流阀式半主动减振器的数学模型、天棚阻尼半主动控制器模型和车辆系统动力学模型,分析常通节流孔直径和比例溢流阀调压误差对半主动减振器性能的影响.结果表明:采用比例溢流阀式半主动悬挂系统能够有效地减小车体振动,而且车辆运行速度越高改善效果越明显;根据建立的车辆系统动力学模型,对应车辆各速度等级,当天棚阻尼系数取100kN·s·m-1时,车辆运行平稳性指标取得综合最优;常通节流孔直径越大,半主动减振器响应越慢,其等效阻尼越小,半主动减振器阻尼力对控制器期望阻尼力的跟踪能力就越差,在振动频率为1Hz附近车辆的振动能量越大,并且调压误差系数仅对车体的横向高频振动有微小的影响.     

基于开关阻尼控制的铁道客车系统的动力学性能研究

建立具有23个自由度的铁道客车系统非线性数学模型。在客车二系悬挂系统中采用具有开关阻尼控制的横向半主动减振器,并考虑半主动悬挂系统的时滞。分析被动悬挂和具有开关阻尼控制的半主动悬挂客车在直线轨道上的蛇行运动稳定性和随机振动响应。研究半主动减振器的阻尼参数和半主动悬挂系统的时滞对客车系统临界速度和随机响应的影响。计算表明,尽管半主动悬挂使客车系统的临界速度低于被动悬挂,构架的横向加速度和轮轨横向力也要大于被动悬挂,但它能够大大减小车体的横向振动加速度,改善旅客的乘坐舒适性。     

高速列车二系横向阻尼连续可调式半主动悬挂系统的研究

基于天棚阻尼控制原理的阻尼连续可调式半主动悬挂系统由4套阻尼连续可调式半主动减振器、2个两轴加速度传感度和1套检测、控制及故障诊断系统等组成。利用车辆系统动力学仿真分析软件UM,建立某型高速列车的虚拟样机模型(包括二系横向被动状态和二系横向阻尼连续可调式半主动悬挂状态),分析高速列车二系横向采用阻尼连续可调式半主动悬挂对改善车体横向振动性能的效果,从而确定天棚阻尼系数取150kN·s·m-1比较合适。为了开展阻尼连续可调式半主动悬挂系统样机的台架性能试验,采用软件UM建立了样机的简化试验台架仿真模型。5个试验工况下的台架性能试验结果表明:与被动悬挂相比,半主动悬挂下的车体加速度均方根值改善了19.8%～37.8%,车辆运行平稳性指标改善了8.1%～15.0%,说明高速列车二系横向采用阻尼连续可调式半主动悬挂系统可以实时切断加速车体横向振动的阻尼力和实时提供衰减车体横向振动所需要的阻尼力,从而提高高速列车的横向运行平稳性。     

高速列车开关式横向半主动悬挂系统的理论与实践

阐述了半主动悬挂系统的原理,介绍了基于天棚控制原理的开关式横向半主动悬挂系统的研制过程。利用车辆系统动力学仿真分析软件UM分析了车辆系统采用半主动悬挂改善车体振动性能的结果,确定了半主动悬挂系统的时滞范围和车辆过曲线时车体离心加速度的滤波频率范围。针对样机进行了简化的台架试验。仿真计算和台架试验结果均表明,采用开关式半主动悬挂系统可以有效地维持和断开减振器所提供的阻尼力,从而提高横向运行平稳性指标。     

大跨斜拉桥减震控制分析

研究目的：对设置阻尼器的斜拉桥进行地震反应数值模拟，为半主动控制和被动控制在大跨斜拉桥减震中的应用提供理论指导。研究方法：以一座大跨斜拉桥为实例，通过建立其有限元模型计算分析主动控制、半主动控制和被动控制对飘浮体系斜拉桥的减震效果，并分析地震行波效应对斜拉桥地震反应的影响。研究结论：半主动控制和被动控制对该斜拉桥的大部分地震反应均能取得良好的控制效果，但是使得桥梁塔底剪力等部分地震反应增大；不同频谱成分的地震动输入显著影响斜拉桥的地震反应和控制方法的减震效果；行波效应对斜拉桥主梁具有不利影响，但对桥塔抗震有利，并且对3种控制方法减震效果的不利影响很小。