房屋建筑基础减震的磁流变半主动控制研究

论文摘要

近年来,结构振动控制的研究取得了很大的进展。其中半主动控制结合了主动控制和被动控制的优点,既具有被动控制系统的可靠性,又具有主动控制系统的强适应性,通过一定的算法可以达到主动控制的效果,而且构造简单,所需能量少。因此,半主动控制已经成为结构振动控制领域研究的热点。半主动控制的装置有很多种,其中,磁流变(MR)阻尼器是一种优秀的半主动控制装置,它最大的特点是能够根据结构的振动响应主动调节其自身参数,从而使阻尼器的制振效果达到最好。在地震作用下,尤其在大震作用下建筑物的上部容易引起大幅的振动,从而对结构造成巨大的破坏,为了减小地震对结构的破坏,目前常用的方法是在基础设置橡胶支座或者增加结构的上部阻尼等措施,但在大震作用下,往往不能达到理想的效果。因此本文主要研究了在房屋建筑基础设置磁流变阻尼器并用MATLAB软件模拟分析地震对上部结构的反应。本文对磁流变半主动控制进行了系统的研究,主要从以下几个方面进行:(1)本文综述了磁流变阻尼器的研究进展及现状,并对磁流变阻尼器在半主动控制研究中的前景进行了综合的评价。(2)对磁流变阻尼器的力学模型进行了研究,详细比较了多种磁流变阻尼器力学模型的优缺点,并根据其特点采用Bingham模型作为计算模型。(3)对MR阻尼器结构的振动控制理论以及磁流变阻尼器的设计方法进行了研究。(4)对磁流变阻尼器半主动控制的几种控制策略进行了详细的描述,探讨其存在的问题及解决的办法。(5)利用编制的MATLAB程序对设置磁流变阻尼器的房屋建筑进行模拟仿真,验证了MR阻尼器在房屋建筑基础减震中的有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的来源及意义
• 1.2 结构振动控制的发展
• 1.2.1 被动控制
• 1.2.2 主动控制
• 1.2.3 半主动控制
• 1.2.4 混合控制
• 1.3 传统的耗能减震技术的发展和应用
• 1.4 智能材料在减震耗能技术中的发展与应用
• 1.5 本文的理论分析及研究内容
• 第2章 磁流变阻尼器及其力学模型
• 2.1 磁流变液及磁流变阻尼器的工作原理
• 2.1.1 磁流变液
• 2.1.2 磁流变阻尼器及其研究进展
• 2.2 磁流变阻尼器的力学模型
• 2.2.1 Bingham粘塑性模型
• 2.2.2 改进的Bingham粘塑性模型
• 2.2.3 非线性滞回模型
• 2.2.4 Bouc-wen模型
• 2.2.5 修正的Bouc-wen模型
• 2.2.6 现象（Phnomenological）模型
• 2.3 磁流变阻尼器各种力学模型的优缺点
• 2.4 本章结论
• 第3章 MR阻尼器结构的振动控制理论及设计方法
• 3.1 磁流变阻尼器结构运动方程的建立
• 3.2 磁流变阻尼器结构的状态方程
• 3.3 线性二次型最优控制（LQR）
• 3.4 权矩阵的选取
• 3.5 结构磁流变阻尼器半主动控制框图
• 3.6 磁流变阻尼器及其结构设计方法
• 3.6.1 磁流变阻尼器及其结构设计的基本要求
• 3.6.2 磁流变阻尼器及其结构设计的方法
• 3.7 磁流变阻尼器与结构设计的安装连接
• 3.8 结论
• 第4章 半主动控制下磁流变阻尼器结构的减震分析
• 4.1 MR阻尼器控制策略
• 4.1.1 恒定加压式
• 4.1.2 Heaviside函数加压式
• 4.1.3 离散加压式
• 4.2 半主动控制策略
• 4.2.1 界限滑动（LSL）控制算法
• 4.2.2 界限开关（LSW）控制算法
• 4.3 算例分析
• 4.4 控制效果比较
• 4.5 本章结论
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录:作者在攻读硕士学位期间发表的论文
• 申请国家发明专利
• 攻读硕士学位期间参与研究的课题