大型磁流變液阻尼器的研究及其工程應用.pdf

1、自從1972年美裔華人J，T，P.Yao提出了基于古典和現(xiàn)代控制理論的土木工程振動控制概念以來，許多科學家和工程師在結構控制的方式和設計計算方法上，進行了大量的研究，結構振動控制的研究從理論、實踐到應用等方面都取得了突飛猛進的發(fā)展。智能控制的發(fā)展為土木工程的振動控制開辟了新的天地。結構智能控制系統(tǒng)以智能材料和器件的應用為突出標志。采用智能驅(qū)動材料可以制作電、磁或溫度等調(diào)節(jié)的主動控制驅(qū)動裝置和變阻尼裝置，且出力大、能耗小、反應迅速，將成為

2、結構振動控制的發(fā)展未來。磁流變液阻尼器是一種優(yōu)秀的半主動控制裝置。磁流變液阻尼器以其機械簡易性、可調(diào)范圍寬、低能耗、出力大以及穩(wěn)定性強等優(yōu)點引起了廣泛的關注和應用。 磁流變液阻尼器在許多領域得到應用，由于土木工程結構體型巨大，因此研制出適用于土木工程結構控制需要的高性能大型磁流變液阻尼器，就成為了該裝置應用于實際工程的前提和關鍵。 本文重點圍繞大型磁流變液阻尼器進行研究。首先，回顧和總結了近年來國內(nèi)外專家學者對于智能控制

3、和磁流變液阻尼器的研究以及應用狀況，闡述了本文研究的目的，并提出了研究的內(nèi)容和價值。 其次，研究了大型磁流變液阻尼器設計和制作的關鍵技術，在獲取了高性能磁流變液之后，建立了阻尼器設計與制作的關鍵技術，主要技術有：新型畜能器設計與制作技術、磁場防漏技術、引線保護技術、磁流變阻尼器抗沉降技術、磁流變阻尼器磁滯調(diào)整技術、磁流變阻尼器的控制器恒流技術。以滿足土木工程結構實際應用的要求。 第三，在對大型磁流變液阻尼器的關鍵技術研究

4、的基礎上，對其性能、磁場對外部環(huán)境的干擾進行了試驗研究，本文提出以修正的Bingham模型為依據(jù)，對其動力模型進行了參數(shù)識別。結果表明隨著電流的變化，阻尼力逐漸增大，且耗能性能良好；阻尼器的最大阻尼力的試驗結果與理論結果相差較??；對外部環(huán)境的影響幾乎沒有；該參數(shù)識別方法是可行的和有效的。 第四，在系統(tǒng)研究模糊神經(jīng)網(wǎng)絡結構的基礎上，提出了基于模糊控制策略的模糊智能控制方法。模糊智能控制屬于智能控制理論，方法本身不依賴于結構的力學模

5、型，模糊半主動控制的控制信號只有最小和最大兩種，從從振動控制的效果上看，模糊半主動控制的效果要好。這主要是因為神經(jīng)網(wǎng)絡具有很好的泛化能力，對于非訓練樣本也能得出滿意的結果，并且，連續(xù)的控制電流使MR產(chǎn)生的實際阻尼力能更好的跟蹤模糊主動控制力。另外模糊神經(jīng)網(wǎng)絡不受控制算法的限制，可以與各種控制算法連接形成智能控制。 第五，通過將前面的理論研究應用于多層框架基礎隔震結構，完成了對安裝了基礎MR智能隔震系統(tǒng)裝置的多層框架結構模型的理論

6、研究。結果表明：被動隔震裝置能大大的減小多層框架結構模型的地震地震響應，但是隔震層的層間側移太大，安全性要求得不到保證?；AMR智能隔震系統(tǒng)裝置的性能明顯好于被動隔震裝置，是一種安全實用的隔震裝置。模糊智能控制方法能有效控制MR智能隔震系統(tǒng)，其控制效果明顯比Passive-off控制和被動隔震的效果好。通過仿真分析與試驗結果的比較，也證實了本文提出的仿真算法和模糊智能控制方法的正確性。 第六，采用MR智能阻尼器來抑制升船機結構項

7、部廠房的地震鞭梢效應。由于智能材料可通過改變外加電/磁場來調(diào)整自身的狀態(tài)，因此以其作為調(diào)節(jié)手段可以設計出可調(diào)參數(shù)的智能阻尼器，實現(xiàn)工程結構振動的半主動控制。仿真分析和試驗分析都表明，MR智能半主動阻尼器可有效地抑制升船機結構項部廠房的地震鞭梢效應。 最后，完成了運用MR阻尼器控制三峽升船機頂部廠房鞭梢效應的實時子結構試驗。建立了實時子結構試驗的加載設備和控制系統(tǒng)，測量了液壓伺服系統(tǒng)的滯后時間，并采用神經(jīng)網(wǎng)絡預測的方法加以補償?，F(xiàn)