MR阻器的分析及其在升船机地震鞭梢效应上的应用.docx

摘要 从过去三十年到现在，许多研究者都在探索运用结构保护系统来减小外部动力荷 载给土木工程结构所造成的危害，比如地震和台风。这些系统通常是增加阻尼装置来 增强结构的能量耗散能力。一种最有前途的新装置是磁流变(MR)阻尼器，它具有 机械构造简单、动力范围宽广、能量需求低和输出力大的特点，这类装置已经被证明 能很好的运用于土术工程结构来抵抗强震和强风。本文对MRI{]I尼器的智能控制方法 进行了系统的研究，并提出了三个方面的改进，即阻尼器装置、磁滞效应解决方法和 智能控制方法。 本文在MR阻尼器的准静态力学模型基础上，设计制作了新型MR阻尼器，该阻尼 器具有适用范围广，性能稳定的特点。讨论了几何尺寸对阻尼器性能和阻尼器的两个 重要指标：阻尼力大小和动力可调范围的影响。在不同电流输入，不同振幅输入和不 f司频率输入F对自制阻尼器进行了???能测试。并且，提出采用内置弹簧蓄能器的方法， 解决了由于蓄能器补偿不足而造成的阻尼力滞后现象。 本文对MR阻尼器的固有属性磁滞效应对控制效果的影响进行了系统的研究。分 析表明，磁滞效应会给控制带来不利影响．并且随着磁滞时间的增加而趋于严重。本 文提出采用神经网络预测的方法来减小磁滞效应对振动控制效果的不利影响，得出了 一些有价值的结论。研究表明，通过神经网络预测能有效补偿磁滞时间，使控制效果 能接近无磁滞效应的控制效果。 本文提出了考虑磁滞效应的修iEBinghaIn仿真模型。通过该模型得到样本数据， 建立了能够模拟MR阻尼器逆向工作特性的逆模式神经网络模型。文中将该模型分别 与两种控制方法(LQR控制方法和模糊控制方法)连接，形成了MR阻尼器的智能控 制。研究表明，智能控制能够给MR阻尼器输入连续的控制电流，从而实现了MR阻尼 器的连续可调。仿真分析表明，智能控制效果优于半主动控制效果，控制力能够很好 的跟踪土动控制力。 本论文还研究了MR阻尼器技术在水工结构三峡升船机上的应用。基于三峡升船 机的三维有限元模型，本文建立了二维串联多自由度动力模型，利用二维模型进行了 结构的动力特性分析。分析表明，升船机塔柱的抗侧刚度比顶部厂房柱的抗侧刚度大 很多，引起了升船机项部厂房强烈的地震鞭梢效应，使得升船机顶部厂房地震反应的 控制成为升船机抗震设计中的关键问题之一。本文提出了屋盖MR智能隔震系统来解  决顶部厂房的鞭梢效应闼题，采用模糊半主动控巷《方法秘模糊智糍控裁方法对该系统 实施智能控制。仿真分析表明，屋盖MR智能隔震系统鼹一种有效实用的智能控制系 统，模糊蟹能控制方法和模糊半主动控制方法S％有效控剖MR阻熙器，达刘理想的控 制散果。相比而言，模糊智能控制实现了MR阻尼器豹控制电流述续可调，控制效果 羹好。 本论文首次完成了安装壤盖MR智能礴震系统装谶的升船机结构模溅的振动台 试验。试验结果表明：被动隔震装置能很好的解决三峡升船机结构模型的地震鞭梢效 赢闷题，但是隔震瓣的层间侧移太大，安全性疆求得不蒯保证。艨盏MR错能隔震系 统装置的性能明显忧于被动隔震装置，是一种焱全实用的隔震裟鼗。模糊智能控制方 法能有效蔽铜MR错能隔震系统，其控制效果稍显比Passive．off控制和被渤隔震的效 襞好。通过仿真分析与试验结果的比较，也证实了本文提出的仿真算法和模糊智能控 制方法的Ⅱ：确性。 关键词：磁流交；MR融尼器：磁滞效褒；RBF神缀网络；邀模式神经网络；模 糊；智能控制；升船机；项部厂房：屡盖MR智能隔震系统；地殿鞭梢效旋  abstract Over铂e past three decades．many interests have been generated to apply structural protective systems to mitigate the effects on civil engineering structures suffering from dynamic hazards，such as earthquake and strong wind．These systems always employ damping devices to intensi帮the energy dissipation ability of civil engineering structures． One of the most promising devices is magnetorheological(MR)fluid dampers．Because of their mechanical simplicity，high dynamic range，low power requirements and large force capacity，they have been sho