單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)振動主動控制有限元分析與試驗研究.pdf

1、隨著社會的發(fā)展，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用越來越廣泛，但是在地震和風(fēng)荷載作用下大跨結(jié)構(gòu)的振動控制問題越來越突出與緊迫。壓電材料具有正逆壓電效應(yīng)，可作為傳感器和驅(qū)動器。在大跨空間鋼結(jié)構(gòu)中如何充分利用壓電材料的壓電效應(yīng)進(jìn)行主動控制已成為重要的研究熱點(diǎn)。本文以網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)壓電主動控制為目的，以壓電主動控制桿件為研究對象，采用數(shù)值分析和試驗研究的方法，進(jìn)行了單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)有限元分析和模擬地震振動臺試驗研究，其主要研究工作如下：
　　 (1)應(yīng)用有限元軟件

2、ANSYS12.0對9種單層凱威特網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)(跨度分別為30m，40m，50m；矢跨比為1：3，1：4，1：5)進(jìn)行了有限元分析，推導(dǎo)了地震波量化處理的傅里葉變換，建立了定量分析計算模型，分析了在EL—centro波、Taft波和蘭州波三種地震波水平作用方向下的54種工況，得到了在地震作用下結(jié)構(gòu)的振動響應(yīng)規(guī)律和動力特性。
　　 (2)設(shè)計制作了一種主動桿件壓電驅(qū)動器，獲得了相應(yīng)發(fā)明型實(shí)用型專利。本文通過對8根主動桿件壓電驅(qū)動進(jìn)行動

3、態(tài)和驅(qū)動性能試驗，研究了壓電驅(qū)動器振動頻率，探討了影響驅(qū)動器性能的主要因素，分析了驅(qū)動電壓與驅(qū)動力之間的增益關(guān)系。試驗分析結(jié)果表明，壓電驅(qū)動器振動頻率為5～50HZ，驅(qū)動電壓與驅(qū)動力增益為線性關(guān)系，可應(yīng)用于土木工程結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)主動控制。
　　 (3)對含壓電主動桿件的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行了主動控制策略分析，推導(dǎo)了壓電主動桿件的有限元方程，建立了含有壓電主動桿件的單層凱威特網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的有限元方程，引入了獨(dú)立模態(tài)控制算法。結(jié)果表明，模態(tài)控制

4、方法適用于網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的壓電主動控制。
　　 (4)設(shè)計并制作了含有壓電主動桿件的單層K6型凱威特網(wǎng)殼模型結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行了58種有控和無控工況數(shù)值分析和模擬地震振動臺試驗研究，對比分析了單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)主動控制的數(shù)值模擬和試驗研究結(jié)果，探討了壓電主動桿件控制效果的主要影響因素。結(jié)果表明，壓電主動桿件驅(qū)動器能有效抑制網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的振動響應(yīng)。通過本文研究表明，在土木工程中，充分利用壓電材料優(yōu)越的材料性能，在空間鋼結(jié)構(gòu)中合理應(yīng)用主動控制策略，并利用