黏滞阻尼器-基础隔震混合体系优化研究

针对隔震层设置黏滞阻尼器的基础隔震结构,提出了非支配排序遗传算法-Ⅱ(NSGA-Ⅱ)的黏滞阻尼器的参数多目标优化方法。采用Bouc-Wen模型模拟隔震层的力-变形行为,建立受控结构运动方程,并进行非线性时程分析,选用隔震层位移及上部结构顶部相对隔震层位移为优化目标,采用NSGA-Ⅱ遗传算法优化得Pareto最优前沿解集。以某六层基础隔震结构为例进行数值分析,通过分析隔震层振动响应的快速傅里叶变换(FFT)谱及反应谱,以及通过调整优化目标的约束条件及参数的优化范围,利用NSGA-Ⅱ算法获得了较为集中的阻尼器参数分布,然后通过其它地震波验证了黏滞阻尼器的减震效果。结果表明,优化所得阻尼器能有效减少了隔震层的位移;当优化所得阻尼器对上部结构地震响应不利时,可通过降低阻尼器的减震效果使上部结构地震响应控制在合理范围内;不同地震波作用下阻尼器减震效果存在差异,在第一周期范围内,当隔震层的激励频率趋向低频时,阻尼器对隔震层位移控制效果越好;阻尼器减震效果与隔震层的附加阻尼有关,提供过大的附加阻尼比对上部结构较高阶动力反应不利;设计者基于隔震层位移控制的阀值及缩小的阻尼器参数优化范围,可获得应用于实际工程的阻尼器参数。     

基于相对适应度遗传算法的高层结构粘滞阻尼器优化布置

提出基于相对适应度遗传算法的高层结构粘滞阻尼器优化布置方法,综合考虑多种地震波作用与多个不同优化目标。较标准遗传算法,相对适应度遗传算法基于染色体目标函数值相对大小构造适应度函数能充分体现种群中染色体适应度差异,促进种群的有效进化,获得优化问题的全局最优解。在讨论目标函数加权系数对优化结果影响基础上,对目标函数进行归一化处理,并考虑多种地震波作用。通过用该方法对20层框架结构的粘滞阻尼器布置方案进行优化,数值计算结果证明该方法的有效性及可用性。     

地震作用下高位层间隔震体系参数优化设计

对地震作用下高位层间隔震体系中隔震支座参数的优化设计进行了研究。通过两自由度体系近似模拟多自由度结构层间隔震体系,将地震波简化为白噪声,优化目标为使层间隔震上部与下部结构频域振动能量和最小,推导了隔震支座优化参数的理论表达式,隔震支座的优化刚度系数和阻尼系数与上部和下部结构的质量比密切相关。在数值算例中,通过比较过滤白噪声激励下多自由度体系中的隔震支座参数化研究结果和两自由度体系理论结果,发现二者吻合良好;实际地震波记录激励下多自由度结构体系的响应与两自由度体系的响应规律一致。研究结果表明,多自由度结构高位层间隔震体系的隔震支座优化参数可基于理论表达式得出,可为高位层间隔震体系的初步设计提供参考。     

隔震曲线连续梁桥铅芯橡胶支座参数优化

为了提升铅芯橡胶支座（LRB）在隔震曲线梁桥中的减隔震效果,该文对LRB力学性能参数进行了优化分析。首先,采用ANSYS建立了某三跨隔震曲线梁桥有限元模型,考虑LRB屈服力、初始刚度及屈服后刚度等性能参数的影响,对该桥进行非线性时程分析,得到了结构关键地震响应随支座力学性能参数的变化规律,并确定了支座参数的合理取值范围。在该支座参数区间内,又以墩底剪力之和为目标函数,基于零阶优化算法,对LRB力学性能参数进行了优化。结果表明:屈服力、初始刚度及屈服后刚度对隔震连续梁桥地震响应有显著影响;隔震支座参数优化后,使得隔震支座峰值位移得到了有效控制,同时不显著增大墩底剪力,且边墩与中墩墩底剪力差值明显缩小,各墩受力更趋均衡。     

局部约束阻尼柱壳振动分析及优化设计

针对圆柱壳振动特性,给出局部约束阻尼柱壳模型。基于弹性、粘弹性本构方程用能量法建立动力学方程,研究阻尼段结构参数变化对振动特性影响。建立以阻尼轴向与周向分段数、阻尼段轴向与周向间隙、阻尼层厚度为设计变量,前三阶模态最大损耗因子为目标函数,利用多目标遗传算法对两端简支柱壳进行优化分析。通过分析、比较优化前后结构模态固有频率变化、损耗因子变化及幅频响应表明,合理贴敷阻尼段能有效减少阻尼材料用量,且在不改变柱壳固有振动属性条件下能达到更好的减振效果。     

周期性隔震基础的优化设计与试验验证

周期性隔震基础是利用周期性结构的衰减域特性,将地震动与上部结构自振频率接近的频率范围内的能量衰减,从而控制上部结构响应的新型隔震装置。周期性基础的隔震性能受到多方面因素的影响,包括局域共振子的调谐频率比、质量比、阻尼比、基体的刚度、上部结构与基础的相互作用以及地震动的频谱特性等。目前尚未有研究综合考虑上述因素的影响并提出周期性基础的设计方法。提出以一组地震动作用下上部结构峰值响应衰减率的平均值为目标函数,对周期性基础进行优化的设计方法。计算结果表明,按照该优化方法得到的周期性基础对上部结构在选取的44条地震动作用下,峰值响应的平均衰减率达30%。参数敏感性分析表明,优化设计得到的周期性基础对于自身参数的变化具有良好的鲁棒性。最后利用缩尺振动台试验验证了优化设计得到的周期性基础的隔震性能,证明了优化方法的有效性和优化结果的正确性。     

基于变形及固有频率测量的纤维增强复合材料 风机叶片等效弹性参数反求方法

该文建立了一种基于变形及固有频率测量的风机叶片等效弹性参数反求方法。该反求方法通过构造偏差方程将弹性参数反求工作转化为函数优化问题。运用了数字图像相关算法测试叶片在静载及冲击载荷下的位移信息,并采用基于可变容限技术的遗传算法优化偏差函数,求解等效弹性参数。计算的等效弹性参数得到了叶片结构静载试验数据的验证,该弹性参数用于计算叶轮组的模态信息,该模态信息与单叶片的模态相对应。     

飞机总体设计中的一种多目标鲁棒优化方法

 提出一种基于灵敏度的多目标鲁棒优化方法。针对各维设计变量存在扰动的情况,在原约束多目标优化模型上,附加偏差目标函数,并采用最差估计法对约束条件进行鲁棒可行性调整。采用全局敏度方程方法来计算目标函数和约束函数对设计变量的敏度,进而采用Pareto遗传算法搜索约束多目标优化问题的非劣解集,设计者可以根据不同的设计准则从中选择合适的设计点。将上述方法用于飞机总体参数优化设计,并与采用常规优化方法所得的优化结果进行了分析和比较。     

储液结构隔震优化模型及其影响参数分析

针对储液结构地震响应包括储液部分的刚体运动、中高频的冲击运动和低频的对流运动以及下部支撑部分的结构运动,导致该系统对频带宽、随机性强的地震动响应敏感,该文从概率优化的角度探讨基础隔震、层间隔震和非隔震储液结构的地震响应及其参数影响规律。基于Haroun-Housner储液结构动力模型,建立并给出了非隔震模型、层间隔震模型、基础隔震模型的动力控制方程。提出以其基底剪力的均值和标准差作为优化目标函数,以隔震层周期作为优化变量的优化模型,并在MATLAB软件平台上实现了该模型。通过单参数影响分析,研究了水箱结构与下部支撑结构的重量比、下部支撑结构的刚度、水箱结构储液高度与半径比、场地变化等因素对各种模型地震响应的影响。该研究成果对隔震技术在储液结构中的应用、提高储液结构的抗震性能等方面具有参考价值。     

横流板式间接蒸发热回收装置的优化研究

运用遗传算法对横流板式间接蒸发热回收装置的经济性进行分析,建立优化设计数学模型,并对新、排风风量均为540m^3／h的横流板式间接蒸发热回收装置进行优化求解,探讨其经济性随各结构参数的变化规律。研究结果表明：遗传算法可以很好地实现横流板式间接蒸发热回收装置的优化;得到横流板式间接蒸发热回收装置的优化结构;随各结构参数的变化,目标函数呈抛物线的变化规律。该研究对于横流板式间接蒸发热回收装置的设计有一定的参考价值。     

黏弹性隔震系统非均匀与完全非平稳地震响应解析分析

为建立设置支撑的实用黏弹性阻尼器耗能结构及阻尼器系统的抗震动力可靠度分析方法,提出了在非扩阶空间上,基于非均匀和完全非平稳地震激励下,设置支撑的实用黏弹性阻尼器耗能隔震系统响应的通用解析解。对于设置支撑的实用黏弹性阻尼器做等效变换,并建立隔震结构系统的运动方程,在非扩阶空间上获得系统在任意激励和非零初始条件下瞬态响应的非正交模态叠加精确解。基于地震动的强度非平稳和频率非平稳,获得了耗能隔震结构位移、速度,阻尼器受力、受力速度,支撑位移、速度以及阻尼器位移、速度的非平稳均方响应通用解析表达式,并具体得到经典均匀与非均匀调制非平稳随机地震激励和C-P完全非平稳地震动功率谱模型的具体响应解析解。通过结构系统各响应基于该方法的频响函数与直接求解的频响函数对比验证了该方法的正确性。该分析方法的建立为设置支撑的实用黏弹性阻尼器耗能结构及阻尼器系统的抗震动力可靠度分析乃至抗震设计方法的研究提供了一套新的分析途径。     

黏弹性复合材料结构的多目标优化设计

黏弹性复合材料具有良好的阻尼性能,但黏弹性层的存在对黏弹性复合材料结构的强度性能会有所影响,黏弹性复合材料结构只有同时兼备良好的阻尼和强度才能满足工程要求。该文在经典层合板及小挠度弯曲理论基础上,运用Ritz法建立黏弹性复合材料结构应变能损耗因子和横向均布荷载作用下初始破坏强度计算模型。提出新的遗传算法适应度函数构造办法,克服了多目标优化问题中优化结果的偏移现象,对黏弹性复合材料结构进行单目标和双目标优化设计。优化结果表明:改进的遗传算法适用于黏弹性复合材料结构阻尼和强度性能的优化设计,而且多目标优化设计可以权衡复合结构的阻尼性能和强度性能,有利于发挥黏弹性复合材料结构良好的整体性能。     

地震作用下相邻结构间阻尼器的优化参数研究

对地震作用下相邻结构间连接阻尼器的优化参数理论表达式的适用性作了详细的研究,分别为粘弹性阻尼器和粘滞流体阻尼器。共有两种减震控制目标,使主结构的平均相对振动能量最小和使两相邻结构的总平均相对振动能量最小。采用虚拟激励法,研究了小震作用下结构处于线弹性状态时阻尼器的优化参数取值,详细分析了结构模态阻尼比和场地条件的变化对阻尼器优化参数的影响;采用时域和频域分析方法,研究了强震作用下结构处于弹塑性状态时阻尼器的优化参数值,并与理论值进行了对比。结果表明,结构模态阻尼比和场地条件的变化对阻尼器的优化参数影响很小;结构处于弹塑性状态时阻尼器的优化参数值与结构处于线弹性状态的取值相差不大,均与理论值比较接近,该结论对于阻尼器的优化参数理论表达式的应用非常有利。     

筒式粘弹性阻尼器的试验研究及工程应用

在不同环境温度、激励频率和应变幅值下,对筒式粘弹性阻尼器的动力性能指标进行了试验研究,研究表明筒式粘弹性阻尼器具有较为稳定的动力性能,耗能能力强。往复振动下阻尼器因内升温引起粘弹性材料软化,动力性能指标变化较大,设计中应考虑荷载循环次数的影响。本文通过试验研究了滞回圈数对筒式粘弹性阻尼器动态力学性能的影响,并据此提出了设计建议。本文还介绍了筒式粘弹性阻尼器的老化性能试验和疲劳性能试验,试验结果表明具有良好的老化性能,在风振或地震下阻尼器具有较好的耐疲劳性能。最后介绍了筒式粘弹性阻尼器风振控制的工程应用实例,计算表明结构悬挑端竖向位移和加速度明显减小。     

Nonlinear response of a vertically moving viscoelastic beam subjected to a fluctuating contact load

In the present work, the nonlinear response of a vertically moving viscoelastic beam subjected to a periodically varying contact load is investigated. The generalized Galerkin??s method is used to discretize the nonlinear partial differential equation of motion into the temporal equation of motion. The temporal equation of motion contains many nonlinear terms such as cubic geometric and inertial nonlinear terms, nonlinear damping term, and nonlinear parametric excitation terms in addition to forced excitation and parametric excitation terms. The first-order approximate solutions are obtained by using the method of multiple scales, and the stability and bifurcations of the obtained steady-state responses are studied. Extensive numerical simulations are presented to illustrate the influences of various types of system parameters for different resonance conditions. A significant amount of vibration reduction is obtained with the increase in the material loss factor. The results obtained by numerically solving the temporal equation of motion are found to be in good agreement with the results determined by the method of multiple scales. The obtained results are useful for reduction in the vibration of the viscoelastic flexible beam with prismatic joint or single-link viscoelastic Cartesian manipulator with payload subjected to a sinusoidally varying contact load.     

多重调谐质量阻尼器参数优化的一种改进算法及其应用

提出了一种抑制主系统风振响应为主兼顾质量调谐阻尼器(TMD)子系统相对位移响应的参数优化算法,据此对控制九江桥吊杆风振的多重调谐质量阻尼器(MTMD)系统的参数优化设计进行了研究,结果表明:按通常以主系统响应最小为目标的MTMD参数优化算法所得的参数,TMD子系统的相对位移响应过大,其构件易疲劳损伤,影响减振效果,增加维护成本。按改进后的优化算法,可获得更合理的结果。     

粘弹性阻尼器的优化布置研究

粘弹性阻尼器（VED）是一种十分有效的耗能减震装置。本文介绍了粘弹性阻尼器的耗能减震原理和性能，以及粘弹性阻尼器的两种布置方法。通过一常用实例进行分析，得出了三种情况下的地震反应，证明了粘弹性阻尼器对结构地震响应控制的有效性，并对比了粘弹性阻尼器的两种布置方法的减震效果。     

非线性结构利用摩擦阻尼器振动控制的优化设计

研究了强烈地震作用下非线性结构中摩擦阻尼器的参数优化问题。非线性结构的恢复力和摩擦阻尼器的滞回特性分别用连续的Bouc-Wen模型表示,利用遗传算法以相对性能指标为目标函数对阻尼器的参数进行优化,比较了不同地震波下摩擦阻尼器的减震效果。取一个八层结构为例进行计算,结果表明,摩擦阻尼器能有效地减小非线性建筑结构在强烈地震下的响应,Bouc-Wen模型能够较好地模拟摩擦阻尼器的滞回性能,使用遗传算法优化后摩擦阻尼器的参数,提高了结构的减震效果。     

基于模式搜索算法的结构被动控制系统参数优化研究

提出减震结构被动控制系统优化分析数学模型,结合优化模型特点与主要优化算法的数学原理,选取模式搜索算法进行结构减震被动控制系统参数优化分析。通过编制目标函数程序,实现了Matlab模式搜索工具箱与Ansys减震模型的接口。多峰值函数的极值求解过程印证了模式搜索工具箱在解决该类优化问题时的有效性,而框架减震模型参数优化分析过程表明了优化程序的可行性以及优化结果的准确性,最终不同地震波下的优化分析结果证明了优化程序在减震结构参数优化中的稳定性。