基于模糊控制的空間網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)主動(dòng)控制研究.pdf

1、空間網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)重量輕、造價(jià)低、形式活潑新穎,但其跨度越來(lái)越大,對(duì)地震作用也比較敏感。這樣,為了保證這類(lèi)結(jié)構(gòu)的安全可靠,需要深入研究這類(lèi)結(jié)構(gòu)的抗震性能。然而,由于地震作用的隨機(jī)性和空間網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性,使得結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)往往會(huì)超出預(yù)期值而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞或倒塌,造成重大的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響。因此,為了確保這類(lèi)結(jié)構(gòu)在地震作用下的可靠性和適用性,有必要研究減輕地震影響的新理論和新方法。本文以壓電材料特殊的力學(xué)性能為基礎(chǔ),研究壓電材料的輸入電壓與

2、驅(qū)動(dòng)力的本構(gòu)關(guān)系,并以試驗(yàn)為基礎(chǔ),研發(fā)新型壓電堆作動(dòng)器及其相應(yīng)的壓電堆主動(dòng)控制系統(tǒng),即壓電堆主動(dòng)桿件,同時(shí)研究應(yīng)用壓電堆主動(dòng)桿件控制空間網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的基本理論和工程應(yīng)用方法。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴針對(duì)空間網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的主要受力和變形特點(diǎn),分析了壓電堆材料的電力學(xué)性能,并以江蘇省攀特電陶科技有限公司生產(chǎn)的PTBS200/8×8/60型壓電堆為原型,進(jìn)行了輸入電壓與輸出位移、輸出力以及響應(yīng)頻率等電力學(xué)性能試驗(yàn),建立了壓電堆的位移

3、增益方程和驅(qū)動(dòng)力增益方程。⑵以PTBS200/8′8/60型壓電堆為核心元件,研發(fā)了一種工作性能良好的壓電堆作動(dòng)器及壓電堆主動(dòng)桿件,并進(jìn)行了相應(yīng)的靜/動(dòng)力性能試驗(yàn)。研究結(jié)果表明,文中研發(fā)的壓電堆主動(dòng)桿件的輸入電壓與輸出力呈線(xiàn)性關(guān)系,說(shuō)明壓電堆主動(dòng)桿件的工作性能良好,能夠滿(mǎn)足空間網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)主動(dòng)控制的需要。⑶分析了模糊控制算法的特點(diǎn),建立了網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)模糊主動(dòng)控制模型,設(shè)計(jì)了查詢(xún)表式的模糊控制系統(tǒng),提出了通過(guò)對(duì)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的局部振動(dòng)控制來(lái)實(shí)現(xiàn)

4、對(duì)結(jié)構(gòu)整體的控制策略,并在MATLAB環(huán)境下,對(duì)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的主動(dòng)控制進(jìn)行了數(shù)值模擬。結(jié)果表明,應(yīng)用壓電堆主動(dòng)桿件進(jìn)行空間網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的主動(dòng)控制時(shí),結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)能夠得到有效的控制,一般情況下,控制效果可達(dá)68％左右。⑷設(shè)計(jì)制作了一個(gè)裝有8個(gè)壓電堆主動(dòng)桿件的凱威特型空間網(wǎng)殼試驗(yàn)?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu),并通過(guò)模擬地震振動(dòng)臺(tái)給試驗(yàn)?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)輸入白噪聲同時(shí)進(jìn)行掃頻,實(shí)測(cè)了試驗(yàn)?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性。結(jié)果表明,試驗(yàn)?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)的水平自振頻率為9 Hz,豎向自振

5、頻率為23Hz。此外,通過(guò)對(duì)試驗(yàn)?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)在無(wú)控時(shí)和受控時(shí),分別輸入正弦波和加速度峰值為500gal的EL-Centro地震波等多種工況下的模擬地震振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn),研究了壓電堆主動(dòng)桿件對(duì)試驗(yàn)?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)的控制機(jī)理和控制規(guī)律,分析了各種工況下試驗(yàn)?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)的水平和豎向主動(dòng)控制效果。⑸模型結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)結(jié)果還表明,采用壓電堆主動(dòng)桿件對(duì)試驗(yàn)?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)進(jìn)行主動(dòng)控制時(shí),可明顯降低模型結(jié)構(gòu)的地震位移和加速度反應(yīng)。一般情況下,模型結(jié)構(gòu)的加速度控制效果優(yōu)于位移的控制效果