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文檔簡介
1、高壓輸電塔是一種高柔性結(jié)構(gòu),對風(fēng)荷載和地震等動力作用比較敏感,容易產(chǎn)生較大的動力響應(yīng)。應(yīng)用智能材料研發(fā)主動控制系統(tǒng)并對高壓輸電塔結(jié)構(gòu)進(jìn)行振動控制,可有效抑制結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng),減小結(jié)構(gòu)的損傷累積,提高結(jié)構(gòu)的安全可靠性,并且與被動和半主動控制相比,具有更加靈活、智能、高效等優(yōu)點,適應(yīng)性更強(qiáng)。
本文在已有研究成果的基礎(chǔ)上,以我國華北電網(wǎng)110kV典型設(shè)計高壓輸電塔結(jié)構(gòu)為研究對象,同時基于超磁致伸縮材料(Giant Magnetostr
2、ictive Material-GMM)獨(dú)特的物理力學(xué)性能,并以其為核心元件,研發(fā)了適合于高壓輸電塔結(jié)構(gòu)振動主動控制的GMM作動器,探討了GMM主動控制系統(tǒng)在高壓輸電塔結(jié)構(gòu)中的優(yōu)化布置方法,檢驗了主動控制效果。主要工作和研究內(nèi)容如下:
(1)采用ANSYS有限元分析軟件,通過對高壓輸電桿塔結(jié)構(gòu)合理簡化,建立了一個我國華北電網(wǎng)110kV典型設(shè)計高壓輸電塔結(jié)構(gòu)的空間有限元模型并進(jìn)行了相應(yīng)的有限元分析,研究了這類結(jié)構(gòu)的動力特性,并將
3、所得第一自振周期與現(xiàn)行有關(guān)規(guī)范相關(guān)公式的計算結(jié)果進(jìn)行了對比,兩者吻合較好,說明文中的簡化計算模型比較合理,所得計算結(jié)果可信。
(2)在理論分析的基礎(chǔ)上,研究了GMM的變形機(jī)理和磁控特點,探討了GMM作動器的工作原理和構(gòu)造方法,研發(fā)了一種GMM作動器并對其進(jìn)行了磁力學(xué)性能試驗,并從 GMM作動器的驅(qū)動結(jié)構(gòu)、磁路結(jié)構(gòu)、預(yù)壓力結(jié)構(gòu)和溫度控制等方面對作動器的性能進(jìn)行了優(yōu)化,分析了不同預(yù)壓應(yīng)力下 GMM作動器的輸出性能與驅(qū)動電流的關(guān)系,
4、建立了相應(yīng)的理論分析和計算模型。結(jié)果表明,文中研發(fā)的GMM作動器磁機(jī)轉(zhuǎn)化效率較高,驅(qū)動性能良好,可用于一般高壓輸電塔結(jié)構(gòu)振動的主動控制。
(3)分析了高壓輸電塔結(jié)構(gòu)振動主動控制的基本原理,研究了GMM主動控制系統(tǒng)的組成和構(gòu)造方法以及與高壓輸電塔結(jié)構(gòu)的集成技術(shù),建立了高壓輸電塔結(jié)構(gòu)振動主動控制時的動力有限元方程及結(jié)構(gòu)的狀態(tài)空間模型,探討了應(yīng)用GMM主動控制系統(tǒng)進(jìn)行這類結(jié)構(gòu)主動振動控制的實現(xiàn)方法。
(4)應(yīng)用遺傳算法,通
5、過對受控結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)分析,研究了GMM主動控制系統(tǒng)在高壓輸電塔結(jié)構(gòu)中的優(yōu)化布置位置和數(shù)量等問題,采用MATLAB軟件編寫了適應(yīng)度函數(shù)程序,并利用遺傳算法工具箱進(jìn)行了相應(yīng)的優(yōu)化計算,編寫了LQR控制算法程序,輸入EL-Centro地震波,進(jìn)行了無控結(jié)構(gòu)、優(yōu)化布置GMM主動控制系統(tǒng)受控結(jié)構(gòu)和隨機(jī)布置 GMM主動控制系統(tǒng)受控結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)分析,檢驗了相應(yīng)的主動控制效果,探討了一般規(guī)律。結(jié)果表明,GMM主動控制系統(tǒng)對高壓輸電塔結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)控
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