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《变刚度半主动结构振动控制_刘季》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第DOI1:21卷0.第163825期/j.cnki.issn.1004-4523.1999.02.003Vol.12No.21999年6月JournalofVibrationEngineeringJun.1999变刚度半主动结构振动控制刘季李敏霞(哈尔滨建筑大学建筑工程学院哈尔滨,150008)(华南建设学院工程抗震研究中心广州,510405)摘要变刚度半主动控制是通过改变结构的刚度来减小结构的振动反应。本文提出了变刚度半主动控制系统及其理论,并研制了该系统,成功地实现了变刚度半主动控制振动台试验。试验与分析表明
2、,所提出和研制的半主动控制系统能够有效地减小结构的振动反应。该系统可实现全部硬件化、构造简单、造价低、健壮性好、鲁棒性好,具有很大的应用前景。关键词:结构振动;振动控制;变刚度;半主动控制系统中图分类号:TU311.3;P315.9引言[1]自从1972年美国TPYao教授提出土木工程结构振动控制概念以来,结构振动控制[2]从理论到实践得到了巨大的发展。结构振动控制方法可分为主动控制、被动控制、半主动[2]控制和混合控制。被动控制有其局限性,适合窄带振动控制。主动控制优于被动控制,适合宽带振动控制。主动控制是属力控
3、制,需要直接提供控制力的能源,造价较高,技术较复杂。[3]目前,主动控制已进入第二代阶段,即进入参数控制和智能控制。半主动控制属参数控制,不需要提供控制力的能源,它是依赖于结构的振动反应或动荷载的信息实时改变结构的参[2]数来减小结构的反应。本文提出了变刚度半主动控制系统及其理论,研制出了该控制系统,并将其安装于结构模型,成功地完成了变刚度半主动振动控制的模拟地震振动台试验。这是我国第一个半主动振动控制试验。本文提出和研制开发的变刚度半主动控制系统减振效果好,可实现全部硬件化、构造简单、造价低、健壮性好,不受结构分
4、析模型的影响,鲁棒性好,便于实际工程应用,具有应用前景。1可变刚度系统本文所提出和研制的可变刚度系统由可变刚度构件、机构装置和控制器三部分组成。若[4,5]不计其本身的质量,各部分之间的相互关系原理如图1所示。国家自然科学基金资助项目(编号:59238162)收稿日期:1998-10-04;修改稿收到日期:1999-01-01振动工程学报第2期刘季等:变刚度半主动结构振动控制167图中,mi-1和mi为受控结构的集中质量,ki和ci为受控结构的刚度和阻尼,yi-1(t)和yi(t)分别为质量mi-1和mi的位移。Δ
5、k为可变刚度构件的刚度值,Δc为机械装置内部存在非线性阻尼器的阻尼系数。为了叙述方便,有时也用Δk表示可变刚度构件、用Δc表示机械装置内部的非线性阻尼器。可变刚度构件Δki的一端固接在结构上,另一端与油缸部件的缸体固接,图中的B点表示该固接处。油缸部件的活塞杆与结构在图中图1变刚度系统的理论模型的A处固接。B′仅是原理构造点,在实际系统中并不存在。当活塞在油缸中不能相对运动时,机械装置的作用是将可变刚度的B端固接在质量mi上。在图中表现为:A与B连通,A与B′断开,可变刚度Δki成为受控结构的一个刚度构件,并且机械
6、装置内部也不存在非线性阻尼Δci。此时,称Δki为ON状态,Δci为OFF状态。当活塞随质量mi能够相对油缸刚体滑动时,在机械装置内部存在非线性阻尼Δci。在图中表现为:A与B断开,A与B′连通,Δki与Δci串联作用在受控结构中,并称Δki为OFF状态,Δci为ON状态。用hi(t)表示Δki两端的相对变形,li(t)表示Δci两端的相对变形,则位移与变形的协调关系为yi(t)-yi-1(t)=hi(t)+li(t)(1)用fo(t)表示Δc作用于质量mi的力,其计算式如下fo(t)=-Δcili(t)sign(
7、li(t))(2)其中sign(·)为符号函数。若不计机械装置本身的质量,还存在Δkihi(t)=-fo(t)(3)2变刚度受控结构系统的一般方程对于多自由度振动体系,变刚度控制系统可用图2所示的通用模型表示。图中,yi(t)和图2非线性阻尼变刚度半主动振动控制系统模型fi(t)分别为质量mi所受的位移和外扰力,Δki和Δci分别为与ki并联的第i个可变刚度及168振动工程学报第12卷其非线性阻尼。分别用hi(t)和li(t)表示Δki和Δci两端的相对变形。设在时间区间[t0,t0+Δt]内,存在有m(m≤n)个
8、可变刚度ON状态,相应m个阻尼为OFF状态;其余(n-m)个可变刚度为OFF状态,相应(n-m)个阻尼为ON状态。用Δkni(i=1,2,…,m)表示这些ON状态的可变刚度,并且记它们此次切换为ON状态的时刻为ti(ti≤t0;i=1,2,…,m),用Δcni表示相应的m个阻尼。用Δkfi(fi≠ni;i=1,2,…,n-m)表示这些OFF状态的可变刚度,用
