基于向量式有限元的斜拉索振動與控制研究.pdf

1、斜拉索由于質(zhì)量輕、柔度大和阻尼小等特點(diǎn)，容易發(fā)生各種形式的振動。拉索的橫向振動不僅會引起錨固端的疲勞和保護(hù)系統(tǒng)的破壞，嚴(yán)重時甚至?xí)＜皹蛄航Y(jié)構(gòu)的安全。在拉索靠近梁端位置安裝阻尼器可以減小拉索的橫向振動，現(xiàn)有阻尼器設(shè)計方法常是以拉索-阻尼器系統(tǒng)的模態(tài)阻尼比作為設(shè)計目標(biāo)，而阻尼器的參數(shù)對系統(tǒng)的模態(tài)阻尼比具有很大影響。本文針對斜拉索的參數(shù)振動和阻尼器參數(shù)對系統(tǒng)模態(tài)阻尼比的影響進(jìn)行了相關(guān)研究，具體如下：
　　 (1)推導(dǎo)了斜拉索在豎向支

2、座位移激勵下的振動微分方程，說明了拉索發(fā)生大幅振動的機(jī)理；建立斜拉索豎向支座位移激勵下的向量式有限元模型，研究斜拉索發(fā)生大幅振動的激勵頻率范圍和振動成分；接著研究豎直拉索發(fā)生參數(shù)振動的頻率范圍，分析了拉索的初始擾動、位移激勵的幅值及拉索自身阻尼對參數(shù)振動的影響。結(jié)果表明：在豎向支座位移激勵下，斜拉索存在強(qiáng)迫振動和參數(shù)振動兩種振動成分；位移激勵幅值的增大，使得豎直拉索的最大振幅峰值和發(fā)生參數(shù)振動的頻率范圍變大；初始擾動對發(fā)生參數(shù)振動的頻率

3、范圍和最大振幅峰值的影響很小；豎直拉索的參數(shù)振動存在臨界模態(tài)阻尼比。
　　 (2)采用向量式有限元方法，建立斜拉索-阻尼器系統(tǒng)模型，模擬斜拉索的激振與衰減過程，根據(jù)斜拉索的衰減時程，利用Hilbert變換識別出系統(tǒng)的模態(tài)阻尼比，從而研究了阻尼器參數(shù)和斜拉索垂度對系統(tǒng)模態(tài)阻尼比的影響規(guī)律。結(jié)果表明：系統(tǒng)所能獲得的模態(tài)阻尼比存在最大值，阻尼系數(shù)存在最優(yōu)值；阻尼器內(nèi)剛度的增大和支撐剛度的減小將降低系統(tǒng)所獲得的附加模態(tài)阻尼比；阻尼器運(yùn)動

4、部分質(zhì)量的增大對拉索的振動控制起有利作用；拉索垂度對一階模態(tài)阻尼比影響較大，對于二階、三階模態(tài)影響很小。
　　 (3)建立了斜拉索-阻尼器系統(tǒng)的試驗(yàn)?zāi)Ｐ停囼?yàn)?zāi)M阻尼器的阻尼系數(shù)、阻尼器內(nèi)剛度、阻尼器支撐剛度及阻尼器運(yùn)動部分質(zhì)量的變化，研究了阻尼器參數(shù)對系統(tǒng)前三階模態(tài)阻尼比的影響規(guī)律。結(jié)果顯示，試驗(yàn)得到的阻尼器參數(shù)對系統(tǒng)模態(tài)阻尼比的影響規(guī)律與通用公式給出的規(guī)律相符，吻合較好。
　　 本文的創(chuàng)新性在于采用向量式有限元方法進(jìn)