大型射电望远镜悬挂馈源舱体结构的振动控制

将结构被动控制技术推广应用于射电天文领域，提出拉索－吊重振动控制方案，控制新一代大型射电望远镜悬挂馈源舱结构的风险振响应，首先，由非线性静力分析确定结构初始静态参考位形和初应力。其次，针对结构特点模拟作用在悬索和馈源舱上的随机风荷，在上述模型的基础上，在时域中模拟分析稳定索系对结构风振的抑制效果，同时，通过典型节点时域响应的FFT变化，绘出响应自动功率谱，进一步描述了振动控制的效果。     

索网结构抗震可靠度的时程分析方法

本文将Ｗｉｌｓｏｎ～θ法与ＪＣ方法相结合，建立了“小震”作用下索网结构各单元承载能力可靠指标与索系正常使用可靠指标的计算方法，本文方法考虑了索网结构的几何非线性特性以及静载的影响，利用本文方法可求出索网结构在“小震”过程中任意时刻单元承载能力可靠指标与索系正常使用可靠指标，本文方法尚可推广和于分析“大震”作用下考虑索系材料非线性时索网结构的可靠度。     

“小震”作用下索网结构可靠指标β的计算方法

将Ｗｉｌｓｏｎ～θ法与ＪＣ方法相结合，建立了“小震”作用下索网结构各单元承载能力可靠指标与索系正常使用可靠指标的计算方法，并考虑了索网结构的几何非线性特性以及静载的影响。利用该方法可求出索网结构在“小震”过程中任意时刻单元承载能力可靠指标与索系正常使用可靠指标，并可推广用于分析“大震”作用下考虑索系材料非线性时索网结构的可靠度。     

大跨度悬吊索系结构目标位置成形分析方法

针对大跨度悬吊索系结构,建立了一种精确的结构成形分析方法棗目标位置成形分析方法,并将这种方法应用于大跨度悬吊索系结构和索穹顶结构。分析结果表明,提出的分析方法理论正确、计算高效,并具有很高的精度,可作为结构成形分析的一种有力工具。     

非线性被动动力减振器对高耸结构风振控制的实用设计方法

以两个被控结构风振反应的控制效果相等为原则，本文建立了非线性被动动力减振器对高耸结构脉动风振反应控制的等效TMD方法。文中利用求出的等效TMD动力参数和TMD对结构风振反应控制效果等效结构阻尼比的概念，提出了基于中国荷载规范的非线性被动动力减振器对高耸结构风振控制的设计方法。     

顶部带FPS-TMD系统的高耸结构风振控制效益分析

将摩擦摆FPS和调谐质量阻尼器TMD系统相结合,建立和推导了顶部带FPS-TMD系统的高耸结构在风荷载作用下的风振控制非线性动力方程,讨论了利用Newmark-β法和迭代法结合求解上述非线性动力方程的解法。以广州新电视塔为例,通过选用影响其风振控制效果的不同参数(主体结构阻尼比,主次系统质量比,滑道不同摩擦因数以及滑道半径等)作用下的主体结构风致位移和加速度对比,对顶部带FPS-TMD系统的高耸结构风振控制效益进行综合分析。分析结果表明,相比无控结构而言,在不同控制参数情况下FPS-TMD系统具有不同的减振效果,通过合理选择FPSTMD系统的控制设计参数,可使得主体结构能够达到最佳减振效率。     

具有局部非线性元件的结构动力分析

谐波增量平衡法在描述非线性力时计及多谐分量,是处理强非线性的一个有效方法.在本文中,此法被推广于分析局部非线性结构的稳态响应.被分析的结构分解为若干子结构,所有非线性元件均位于子结构的分界面上.系统的响应用谐波增量平衡法(Incremental Harmonic Balance Method,简称I.H.B法)结合F.F.T.(快速福里哀变换)技术与状态空间的模态综合法分析之.     

预应力结构非线性分析的索单元理论

本文将预应力结构中的张拉索处理为具有两个铰接节点的索单元,导出了索单元中总分布荷载的表达式和索的大位移增量刚度矩阵以及索元的一致质量矩阵,基于虚功原理建立了索元的静动力非线性平衡方程。应用本文理论可以分析拉索预应力结构的静力非线性问题、基本动力特性及非线性动力反应过程,可以跟踪不同的预应力张拉次序和过程。算例表明:本文方法具有较高的计算精度。     

基于能量的结构风振控制设计方法研究

建立了结构任意高度单位风能量计算公式、各楼层总输入风能量计算公式、结构总输入风能量计算公式。在主体结构弹性状态下,给出了粘滞和粘弹性阻尼器的能量耗散公式及结构总能量输出公式,提出了基于能量的结构风振控制的设计流程。以某高层建筑结构为例,验证了所提基于能量的结构风振控制方法可有效实现结构风振控制设计,达到有效抑制结构风振反应的目的。     

满足突风响应约束的颤振主动抑制控制律优化方法

本文针对颤振主动抑制系统综合中现有各种确定控制律方法的缺陷,提出了考虑突风响应和控制参数许用范围约束,寻求优化控制律的颤振速度梯度法。颤振速度和突风响应量各自在控制参数向量空间的梯度均直接解析计算。运用这种方法获得用单独后缘主控调整片抑颤的优化控制律,实现了对质量不平衡舵面颤振和翼面弯扭颤振的有效抑制。这一研究证实,将考虑气动弹性约束的结构优化设计概念和方法运用于颤振主动抑制系统综合,是一种有希望的新途径。     

降阶谱解法在索穹顶结构风振分析中的应用

索穹顶是一种具有很强风振敏感性的大跨度柔性结构,考虑到强几何非线性的特点,其风振分析应采用时域法进行.在基于一定的目标谱进行风速时程模拟方面,谱解法相对于其他方法具有精度高、无需引入模型等优点,但求解效率低、时间长.结合本征正交分解技术对谱解法进行降阶处理,极大地提高了谱解法的求解效率,并且其计算精度可以事先加以预测和控制.针对一肋环型索穹顶结构采用降阶谱解法模拟风速时程,并将模拟风谱与目标谱进行了对比,结果基本一致,说明降阶谱解法可以很好地应用于索穹顶结构的风振分析.     

一种柔索并联机器人的动力学建模与主动控制

柔索并联机器人采用柔索代替连杆作为机器人的驱动元件，它结合了并联结构和柔索驱动的优点。500m口径大射电望远镜（FAST）粗调系统是通过六根索长的协调变化使馈源舱作跟踪射电源的六自由度运动，其工作特点类似并联机器人，因此也被看作柔索并联机器人。基于FAST5m缩比实验模型，首先进行了逆运动学分析；其次，采用拉格朗日方程建立了柔索并联机器人的逆动力学模型；最后，针对结构特点模拟作用在馈源舱上的随机风荷，设计了用模糊控制器自动调整免疫系统反馈规律的免疫PID控制器来控制馈源轨迹跟踪的风振响应。数值结果验证了该主动控制策略能够有效衰减风荷振动，从而提高了馈源轨迹跟踪精度。     

单层平面索网结构风振响应的几何非线性特性研究

单层索网体系具有刚度小，质量轻，阻尼小等特点，对风荷载较为敏感，目前对该结构体系风振响应分析的相关研究很少，我国现行幕墙规范相关设计方法也不完善，深入研究索网结构的抗风性能显得尤为迫切。本文以线性自回归模型模拟脉动风速，采用随机模型时程分析方法计算索网的风振响应，探讨考虑不同脉动风速空间相干函数对分析结构风振响应的影响，着重研究在3种索网分析模式下的动力时程响应特征，以及在静力荷载作用下索网的非线性程度，分析结果表明：采用与风频率相关的空间相干函数进行索网的响应分析更合理；索网在平均风荷载作用下达到平衡位置后，在脉动风荷载作用下的非线性程度较弱，可以近似作为线性结构处理，因此可以平均风荷载作用下的平衡位置作为基准，采用频域方法分析单层平面索网的风振响应，这为下一步系统地研究点支式幕墙单层平面索网结构的抗风设计方法奠定基础。     

单层平面索网幕墙结构的风振响应特性分析

建筑幕墙单层平面索网结构属于风敏感结构,目前对该类结构风振响应的相关研究很少,有必要深入开展其抗风性能的研究。以索网在平均风荷载作用下到达的新平衡位置为基准,采用频域法对其风振响应特性进行研究,主要分析了组合振型的选择、模态间的耦合效应等问题对索网结构风振响应的影响。分析结果表明,对单层索网结构进行风振响应分析宜考虑模态间的耦合效应;索网的第一阶模态在所有模态中占较大比重;对索网结构起主要贡献的振型集中分布在低阶模态区域内;采用部分低阶振型组合计算索网的响应与时域结果吻合较好,能满足工程精度要求。     

鞍形索网屋盖结构风振响应分析的Ritz-POD法

鞍型索网屋盖结构频率密集,当采用基于随机振动理论的振型叠加法进行分析时,如果只考虑前几阶或者十几阶振型很难得到准确结果,这就需要考虑多阶振型的影响,而应该选取多少阶振型,选取哪些振型,目前还没有一个系统且准确的选取方法。为此,提出了一种有效的选取结构主要振型的方法,即Ritz-POD法,该方法主要是联合运用Ritz向量叠加法和本征正交分解法(POD法),在频域内进行大跨度屋盖结构的风振响应分析,并采用该方法分析一鞍形索网屋盖结构的风振响应,同传统的振型叠加法的计算结果进行了比较,证明了该方法的准确性及高效性。     

三维结构振动诱导流场附加质量的数值分析

在流体环境中,结构的振动会诱导周边的流体一起运动从而产生附加质量的影响,这也是结构工程中大跨度柔性结构耦合风振理论模型的重要组成部分。根据势流理论,采用奇点配置法利用空间点源(汇)及偶极子基本解推导了三维情形下结构振动诱导流场附加质量的计算式。数值分析结果表明:该方法能有效地计算复杂结构边界条件下流场的附加质量;其中索穹顶结构的数值算例也表明,在这类大跨度柔性结构的风振分析中附加质量的影响是很大的,必须引起足够的重视。     

桩-土-结构相互作用对高层建筑风振舒适度的影响

推导了脉动风荷载作用下考虑桩-土-结构相互作用时高层建筑顺风向风振加速度响应的计算公式，通过算例说明桩-土-结构相互作用对结构顺风向风振加速度响应有明显的影响。一般而言，各参数变化对加速度响应的影响的幅度不同，在土中阻尼较小时，考虑相互作用后，结构的加速度响应要比不考虑桩-土-结构相互作用时大，即考虑了桩-土-结构相互作用后有可能增加结构风振时的不舒适度。因此，在高层建筑的风振舒适度设计中应当特别考虑到桩-土-结构相互作用的影响。     

高层建筑抗风优化设计和风振控制相关问题研究

高层建筑由于自振周期长、阻尼小,其高柔的特征使其对风荷载特别敏感,风荷载是沿海地区超高层建筑的主要水平控制荷载,因此在强/台风作用下,其抗风设计须在满足规范安全要求的前提下,同时又要经济实用和结构性能高效,为此,开展高层建筑抗风优化和风振控制方面的研究具有十分重要的现实意义。该文在对高层建筑抗风优化设计和风振控制研究现状做简要介绍的基础上,首先根据风荷载的特点,着重研究了考虑风速风向联合概率分布和基于可靠度及性能化的高层建筑抗风设计方法,采用最优准则法,以结构的总重或总造价为目标函数,以顶部位移、层间侧移以及顶部风致加速度为约束条件,对高层建筑结构杆件截面抗风优化设计的相关问题进行了研究。同时为提高基因遗传智能优化算法的收敛速度和获得最可能优化解,该文提出了传统基因遗传的改进算法(如基于改进罚函数及分级遗传算法)用于结构抗风优化设计。在结构拓扑抗风优化方面,则主要引入分层优化的概念,对变密度法和改进动态进化率的双向渐进拓扑优化方法,应用于抗风结构的拓扑构型优化算法进行了相关研究。通过实例分析验证了上述结构抗风优化算法的高效和正确性。在风振控制方面,该文结合摩擦摆系统和调谐质量阻尼器各自的优点,提出了摩擦摆调谐质量阻尼器(FPS-TMD)被动控制系统,对其力学和动力特性,以及高层建筑顶部带FPS-TMD系统的风振控制理论,进行了相关研究。以结构控制第三代Benchmark模型为实例,研究顶部带FPS-TMD系统的高层建筑风振控制效果,同时结合该文开发的基于小型电振动台的实时混合实验测试平台,采用风振控制实时混合实验结果与理论模拟计算结果的对比,验证了该文提出的FPS-TMD被动控制系统,应用于高层建筑风振控制的有效性。     

多个悬吊摆体系对电视塔风振控制研究

本文研究多个悬吊质量摆体系对钢结构电视台风振控制设计方法,引入MTMD理论设计安装在电视塔天线段的多个悬吊质量摆,通过对上海青浦电视塔风振设计表明,这种控制体系简单、实用、效果好.     

施工中大桥桥塔的TMD减振研究

施工中大桥桥塔的风致振动对施工具有很大的危害,采用调谐质量阻尼器(TMD)对其进行减振。首先,通过一个二自由度的振动模型来阐述TMD装置的工作原理,并导出了TMD参数和外激励频率与减振效果的之间的关系。然后,在讨论大桥桥塔结构按一阶模态向一个单自由度系统的等效简化问题中,提出了一种基于固有频率的等效质量简便算法。最后,结合崖门大桥的桥塔施工进行实例TMD减振分析, 实测结果表明TMD的减振效果非常好但其设计过程也很复杂。