基于壓電摩擦阻尼器的結(jié)構(gòu)振動控制理論與試驗(yàn)研究.pdf

1、普通摩擦阻尼器是工程結(jié)構(gòu)中常用的一種消能減振裝置，具有良好的耗能能力。但是，作為一種被動控制裝置，它不能夠根據(jù)結(jié)構(gòu)的用途、荷載情況和結(jié)構(gòu)的響應(yīng)實(shí)時地改變自身的特性，因而限制了其應(yīng)用范圍。壓電陶瓷驅(qū)動器具有電致變形的能力，盡管位移行程較小，但是其變形被約束后，在電場作用下能夠提供很大的驅(qū)動力，因此在智能摩擦阻尼器的研究中充當(dāng)了相當(dāng)重要的角色。本文結(jié)合壓電陶瓷驅(qū)動器和摩擦阻尼器的特點(diǎn)設(shè)計了一種新型的壓電摩擦阻尼器，提出了調(diào)節(jié)阻尼器控制力的半

2、主動控制策略，并對安裝壓電摩擦阻尼器的結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)進(jìn)行了理論分析和試驗(yàn)研究，主要工作包括以下幾個方面： (1)提出了一種新型的壓電摩擦阻尼器，利用MTS試驗(yàn)機(jī)對阻尼器的性能進(jìn)行了測試。在不同加載頻率和幅值的正弦位移激勵下，分別測試了僅施加預(yù)壓力和同時施加預(yù)壓力和電壓下阻尼器的動力性能。結(jié)果表明，隨著預(yù)壓力的增加，壓電陶瓷驅(qū)動器的出力增大，當(dāng)預(yù)壓力增加至一定數(shù)值時，增加預(yù)壓力對驅(qū)動器出力的影響減小。當(dāng)僅施加預(yù)壓力時，阻尼器的性能穩(wěn)

3、定，滯回性能基本不隨加載頻率的變化而改變，同時對其施加預(yù)壓力和隨時間變化的電壓時，阻尼器具有穩(wěn)定的出力性能。 (2)針對壓電摩擦阻尼器的結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)，提出了調(diào)節(jié)阻尼器控制力的模糊次優(yōu)Bang-Bang 控制策略和速度輸入型 T-S 模糊控制策略。數(shù)值分析結(jié)果表明，提出的兩種控制策略均能有效減小結(jié)構(gòu)的反應(yīng)。模糊次優(yōu) Bang-Bang 控制策略消除了應(yīng)用Bang-Bang 算法時容易引起結(jié)構(gòu)加速度反應(yīng)放大的問題，但是實(shí)施控制時需要

4、測量結(jié)構(gòu)的全部狀態(tài)信息，提高了控制成本；而速度輸入型 T-S 模糊控制策略只需測量阻尼器所在層的速度響應(yīng)，減少了傳感器的數(shù)量，降低了控制成本。 (3)對以壓電摩擦阻尼器作為消能減振裝置的非線性結(jié)構(gòu)振動控制問題進(jìn)行了研究。建立了連續(xù) Bouc-Wen 模型表示的非線性結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)運(yùn)動方程，在確定壓電摩擦阻尼器初始控制力的基礎(chǔ)上，應(yīng)用提出的速度輸入型 T-S 模糊控制策略對非線性結(jié)構(gòu)的振動控制問題進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，以連續(xù) Bou

5、c-Wen 模型描述結(jié)構(gòu)的非線性易于和運(yùn)動方程相結(jié)合，避免了采用折線型關(guān)系的恢復(fù)力模型對塑性拐點(diǎn)的判斷，被動控制時阻尼器的控制力不能根據(jù)結(jié)構(gòu)的響應(yīng)實(shí)時改變而可能放大結(jié)構(gòu)的加速度響應(yīng)，而模糊半主動控制方法使阻尼器能夠根據(jù)結(jié)構(gòu)的反應(yīng)施加合適的控制力，有效減小結(jié)構(gòu)響應(yīng)。 (4)研究了多維地震動下偏心結(jié)構(gòu)以壓電摩擦阻尼器作為消能裝置的振動控制問題。為了同時減小偏心結(jié)構(gòu)的平動反應(yīng)和扭轉(zhuǎn)反應(yīng)，在結(jié)構(gòu)水平雙向設(shè)置壓電摩擦阻尼器，對偏心結(jié)構(gòu)在多

6、維地震動下的振動控制問題進(jìn)行了數(shù)值分析。結(jié)果表明，多維地震動作用下水平雙向設(shè)置摩擦阻尼器可以同時減小偏心結(jié)構(gòu)的平動反應(yīng)和扭轉(zhuǎn)反應(yīng)，提出的速度輸入型T-S模糊策略調(diào)節(jié)壓電摩擦阻尼器控制力的方法能夠獲得更好的效果。 (5)進(jìn)行了安裝壓電摩擦阻尼器的鋼框架模型結(jié)構(gòu)的振動臺試驗(yàn)，檢驗(yàn)了提出的壓電摩擦阻尼器和控制策略的效果。利用 MATLAB/SIMULINK 軟件平臺和dSPACE實(shí)時仿真工具建立了基于壓電摩擦阻尼器的兩層鋼框架模型結(jié)構(gòu)