基于压电智能结构对桥梁的振动控制

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1、武汉理工大学硕士学位论文压电智能结构对桥梁的振动控制姓名：高志申请学位级别：硕士专业：结构工程指导教师：徐家云20070501武汉理工大学硕士学位论文摘要桥梁车振是桥梁运行中的重点问题。当列车通过桥梁时，桥梁结构不仅承受静力作用，还要承受移动荷载以及桥梁和车辆的振动惯性力的作用。车辆运行速度越高，安全问题越显突出，既要保证高速列车在桥上运行时的安全性，又要保证列车乘坐的舒适度。因此很有必要对桥梁振动控制技术进行深入的研究。近年来，压电材料作为一种新型的智能材料，以其良好的材料特性，在结构振动控制领域得到了广泛应用。本文的研究工作安

2、排为如下六章：第一章．在查阅了大量文献的基础上，综述压电材料的特性以及压电材料的工程应用，尤其是在土木工程结构振动控制领域的应用，介绍了本文的主要研究工作。第二章．分析压电材料的力学和电学性能。对其作动能力和传感能力进行了分析，得到了梁结构中压电材料的压电作动弯矩方程和压电传感方程。第三章．通过对埋入梁结构中压电材料的压电作动力矩方程进行分析，推导出压电材料埋入板梁结构及T型梁结构时其最优埋入深度和压电材料最优厚度的显式表达式，由此推导了深度和厚度的理想取值，并结合实际情况分析了最优取值。第四章．桥梁振动系统建模。系统地介绍了车桥

3、动力系统建模的演变过程，从简单到复杂，建立了简支桥梁在移动简谐荷载作用下的桥梁振动方程，阐述了动力反应的时程分析方法。第五章．算例分析。提出一种新的装置，把压电智能结构应用于桥梁的振动控制中来减小桥梁的竖向振动。振动控制设计中控制策略直接决定着控制效果，本文采用了线性二次型最优化(LQR)算法用于控制桥梁的振动。通过算例分析桥梁在移动荷载作用下的振动控制效果，验证了此方法控制桥梁振动的可行性。第六章．全文工作的总结及展望。关键词：压电智能结构，压电材料，桥梁振动，振动控制武汉理工大学硕士学位论文AbstractTheproblem

4、ofthevibrationofbridgeundervehicleswasputforwardfrompractice．Thebridgenotonlyshouldbearthestatic，butalSOtheeffectofmoving10adsandthevibrationinertiapowerofbridgeandvehicleswhenthevehiclespassthebridge．Hj2lIerthespeedofthevehiclesis，moreimportantthesafetyproblemis．Thes

5、afetyofhighspeedvehiclesandtheridingcomfortofpassengersshouldbeguaranteed．Soitisimportanttostudythevibrationcontrollingtechnologyofbridge．Rencently，thepiezoelectricmaterialshavebeenwidelyusedinthefieldofstIllcturalvibrationcontrolasaRelytypeofsmartmaterialsbecauseofth

6、eirexcellentmatcrialscharacteristics．MuchresearchWOrkonactivevibrationcontrolhasbeenperformcd．T五eresearchWOrkofthisthesisconsistsofsixchapters：hchapterone。themechanicalandelectricalcharacteristicsofpiezoelectricmaterialsandtheircivilengineeringapplicationsaredescribed

7、．andintroducingthemainresearchworkofthepaper．Inchaptertwo，thedirectandinversepiezoelectriceffectofpiezoelectricmaterialsarcstudied．1hcactuatingandsensingabilitiesfortheembeddedPiczoccramicsarcdiscussedindetails．Consequently，theactuatingequations，whenpiezoceramicsworka

8、sactuators，andsensingequations，whenpiezoceramicsworkasscnsors，arcderived．Inchapterthree，Afteranalyzingthepiezoactuatingmomen