导管架式海洋平台结构的磁流变阻尼隔震控制

首先针对渤海JZ20-2MUQ导管架式海洋平台结构，建立了应用磁流变阻尼器的智能隔震体系，并通过对导管架式海洋平台结构特点和磁流变阻尼器性能的分析，提出了磁流变限位型阻尼器被动控制、Passive off、Passive on和半主动四种控制方案。然后，分别在冰激振动和地震作用下，对平台隔震结构进行了数值仿真计算，分析比较了不同磁流变阻尼控制方案对平台隔震结构的控制效果以及对隔震层变形的限制作用。结果表明。磁流变阻尼隔震控制方案能有效控制导管架式平台结构的振动，平台结构位移和甲板加速度反应可降低30％以上，隔震层变形可控制在40mm左右的有限范围内。     

冲击缓冲用磁流变阻尼器的响应特性模型与实验研究

针对冲击缓冲用磁流变阻尼器对快速性的要求,对其响应特性进行理论建模与实验研究。根据磁流变线圈电磁电路,建立了磁感应强度响应特性理论模型,并用频率测定方法确定了响应时间常数。通过实验测试了不同电流条件下磁流变阻尼器的磁感应强度阶跃响应,结果表明不同幅值的激励电流对磁感应强度的响应并无明显影响,获得上升阶跃平均响应时间常数为4.9 ms,下降阶跃平均响应时间常数为2.8 ms。建立了剪切屈服应力的二阶响应模型,并利用冲击实验台测试了冲击载荷下磁流变阻尼器剪切屈服应力的阶跃响应,通过模型拟合获得响应时间常数为4.8 ms。实验结果表明剪切屈服应力二阶模型能较好地吻合实验响应曲线,说明该模型能够较准确地描述冲击条件下磁流变阻尼器的响应特性。     

磁流变液阻尼器用于振动控制的理论及实验研究

磁流变液阻尼器作为一种可调阻尼元件,具有控制方便,响应迅速、能耗小、结构简单等特点,在振动控制领域有广泛的应用前景,本文分析了磁流变液阻尼器的四种非线性模型,从理论和实验两方面研究了磁流变液阻尼器在一种振动控制装置中的应用,理论分析和实验表明：磁流变流阻尼器随着控制电流的加大,施加于磁流变液的磁场加强而控制效果更加明显;磁流变液阻尼器在施加控制电流时反应迅速,且在低频时具有显著的振动控制效果。     

新型电流变智能隔震装置的结构隔震效果分析

将电流变智能阻尼器与叠层橡胶隔震垫相结合,形成新型电流变智能隔震装置,对结构进行智能隔震控制。首先,进行了新型电流变智能隔震装置的设计,推导了转动电流变阻尼器控制力的计算公式,提出了电场强度和装置剪切变形之间的函数关系,实现了拟限位型和拟摩擦型的隔震装置模型;然后,针对电流变智能隔震控制的特点,提出了摩擦控制的判别规则并给出了计算公式,编制了相应的程序;最后,对应用电流变智能隔震装置的单自由度结构进行了数值分析,结果表明:两种类型的隔震装置对结构都有较好的控制效果,限制了隔震层变形的同时不增加隔震层的加速度,控制效果比较理想。     

隔震独桩平台地震反应的半主动磁流变阻尼器控制研究

提出了一种具有隔震构造的独桩平台型式，并采用半主动磁流变阻尼器对其地震反应进行控制。数值计算结果表明，半主动磁流变阻尼器可以有效地控制隔震独桩平台在地震作用下的位移反应。     

土木工程结构振动的智能控制

该文主要介绍磁流变液阻尼器及其对工程结构振动的智能控制方法。指出了磁流变液阻尼器及其智能控制方法在目前研究中存在的三个主要问题:磁流变液的稳定性指标达不到要求、磁流变液阻尼器的半主动控制策略还存在缺陷、相对于常规被动阻尼器的技术优势得不到体现。针对此问题,建立了使磁流变液的稳定性达到国际领先水平的磁流变液的设计与制备方法及技术,提出了半主动控制效果优于"被动-开"的改进的固定增量半主动控制策略,并应用该理论和技术解决了常规阻尼器所不能解决的三类工程结构振动控制问题。工程实例的设计和仿真分析表明:该研究解决了磁流变液阻尼器对土木工程结构振动智能控制中存在的三个问题,使磁流变液阻尼器的智能控制方法与常规的结构振动控制方法相比具有较强的技术优势和应用前景。     

基于磁流变阻尼器的车辆悬架系统控制器设计

建立电流相关磁流变阻尼器模型并设计变增益模糊控制器。首先提出动态迟滞单元来描述磁流变阻尼器的迟滞特性,并将电流嵌入到模型参数中以建立电流相关磁流变阻尼器模型。然后针对以磁流变阻尼器为半主动控制元件的2自由度1/4车辆悬架系统,设计变增益模糊控制器,通过增益改变来适应路面随机激励的变化。仿真结果表明,变增益模糊控制器可对基于磁流变阻尼器的半主动控制悬架实现有效减振控制。     

磁流变阻尼器的性能试验与神经网络建模

磁流变阻尼器是一种新型的智能振动控制装置.通过磁流变阻尼器的性能试验,研究了在不同电流输入下阻尼力-位移、阻尼力-速度之间的关系,分析了摩擦型磁流变阻尼器的主要特点.采用BP神经网络,建立了磁流变阻尼器的正向模型和逆向模型.仿真结果显示,神经网络模型能准确地预测磁流变阻尼器的阻尼力和控制电流,证明该方法的有效性.与已有的模型相比,具有精度高,计算简便等特点.     

磁流变阻尼器特性的实验研究

结合磁流变阻尼器的工作原理和阻尼力简化模型,对不同激励振幅、激励频率、控制电流下的磁流变阻尼器的阻尼力特性、耗能特性、响应时间进行了一系列的实验研究。分析得出,磁流变阻尼器具有极强的减振耗能作用,且耗能能力随着控制电流、激振振幅和频率的增加而增大。磁流变阻尼器的响应时间随控制电流的变化不太明显,但是随着激振速度的增加迅速减小。     

用于抑震的磁流变阻尼器磁路设计与力学性能研究

介绍了一种新型结构的适用于抑震机器人的旋转式磁流变阻尼器。基于磁流变液与磁芯材料特性,得出了适用于该种磁流变阻尼器结构的磁路设计方法,应用该方法对阻尼器进行了磁路设计,得到了阻尼器的相关机械参数与电气参数。针对阻尼器结构特点,应用有限元软件ANSYS提供的参数化设计方法,对阻尼器进行了三维电磁场分析,获得了阻尼器模型的电磁场物理量和力学性能参数,应用ANSYS的分析结果与磁流变液的本构关系,对阻尼器的力学性能进行了预估。在此基础上,研制了磁流变阻尼器及其力学性能测试系统,对阻尼器的力学性能进行了试验研究,得到了阻尼器的力矩—转速、屈服力矩—电流等力学特性,并对试验结果进行了分析,试验结果表明,所研制的磁流变阻尼器具有较理想的力学性能。     

耦合地震作用下的MRD与LRB混合控制结构动力分析

为改善铅芯橡胶支座(LRB)隔震结构的减震效果和适用范围,研究双向耦合地震作用对减震效果的影响。提出3种磁流变阻尼器(MRD)与LRB隔震混合方案,建立其双向耦合地震作用下的动力分析模型并推导出振动控制方程。对7层MRD与LRB隔震混合控制结构进行地震反应分析,3种混合方案在3种工况荷载作用下的相对加速度峰值、相对速度峰值、相对位移峰值和层间剪力峰值分别比LRB隔震结构有不同程度的降低。当考虑竖向地震作用时,随着竖向地震作用的加大,结构的地震反应有小幅度的增加,但各种结构方案都具有良好的减振效果。表明各混合方案在各种工况下的各项地震反应均得到了更好的控制,而混合方案3的减震效果更加明显。     

磁流变阻尼器实验建模及模糊半主动振动控制

利用磁流变阻尼器特性试验数据,通过曲线拟合等手段建立了双sigmoid力学模型。该模型的参数是控制电流和振动频率、振幅的函数,能准确描述不同激励条件下阻尼力-速度滞回特性。建立了双层隔振系统模型,分析了阻尼比对传递函数的影响。提出了一种模糊半主动振动控制算法。仿真结果表明,该控制算法在宽频范围上能取得很好的隔振效果。     

水下爆炸船舱冲击响应时频特征的小波包分析

设计了带设备双层隔振系统的双层底船舱抗爆结构,进行了水下爆炸冲击试验。应用小波包分析方法,研究了水下爆炸压力和船舱冲击响应的时频分布规律,得到了船舱冲击响应时频特征与冲击环境之间的关系。研究结果表明:水下爆炸压力出现冲击波、滞后流和二次压力波过程,含有丰富的频率成分;冲击波主要作用在1kHz以上的高频段,易造成舰船局部结构的破损;滞后流主要作用在10Hz―1kHz的中频段,是舰船设备隔离系统产生冲击振动的主要来源;二次压力波主要作用在100Hz以下的低频段,会加速设备隔离系统的冲击响应;带设备双层隔振系统的双层底船舱抗爆结构,能有效提高船舶的抗爆性能。     

考虑面力效应的HFR-LWC梁抗爆理论模型与试验验证

现有的抗爆设计规范通常将面力效应看作一种潜在的安全系数,而对面力作用在爆炸加载过程中的变化规律及其对结构抗力的贡献不做深入探索。该文对近距离爆炸荷载进行适当简化,并考虑面力效应的影响,建立一种基于等效单自由度(SDOF)法的梁式构件抗近距离爆炸分析模型。专门设计了一套面力加载装置,对8根考虑面力效应的混杂纤维轻骨料混凝土(HFR-LWC)梁进行抗爆试验研究,得到爆炸荷载超压时程曲线及梁的跨中位移、破坏模式等试验数据,分析了支承约束刚度、比例爆距及配筋率等对HFR-LWC梁抗爆能力和破坏形态的影响,进一步检验理论模型的可靠性。结果表明:改进SDOF模型的计算结果与试验数据吻合良好,为定量评估面力贡献和预测考虑面力效应的HFR-LWC梁爆炸动力反应提供一种有效手段。面力效应能显著提高HFR-LWC梁的抗爆性能,忽略其作用会严重低估结构的抗爆承载力。     

建筑结构构件基于性能的抗爆设计方法

在我国,基于性能的设计方法已运用于工程结构抗震设计,但尚没有运用在结构抗爆设计。该文将基于性能的设计方法引入结构抗爆领域,提出了基于性能的结构抗爆设计方法,明确了基于性能的抗爆设计中的关键问题,给出了设计思路与步骤。在此基础上,以RC柱为研究对象,以轴心受压承载力损失为性能水平参数,划分了3个等级性能水平;根据典型的爆炸场景,确定爆炸的不同烈度等级,计算出RC柱承受的荷载;针对不同类别的建筑,确定两个水准的抗爆性能目标;结合现有RC柱承载力损失的研究成果,分析不同爆炸烈度下的RC柱的承载力损失,提出RC柱基于承载力损失的性能设计方法;基于确定的性能目标和设计方法,提出RC柱基于性能的抗爆设计步骤;最后,给出了RC柱基于性能的抗爆设计的算例。     

梯度铝泡沫夹层结构抗爆性能仿真与优化

采用动力显式有限元方法,以面比吸能和背板最大变形量为评价指标,研究了铝合金面板—梯度铝泡沫芯体—装甲钢背板夹层结构的抗爆性能。分析了芯体密度梯度排布对结构抗爆性能的影响,并与均匀密度铝泡沫夹层板进行了对比。同时,基于径向基函数建立了夹层结构抗爆性能预测响应面模型,在此基础上对夹层结构进行了多目标优化设计。结果表明,铝泡沫芯体相对密度排布顺序对夹层结构抗爆性影响明显;具有最佳芯体密度梯度排布的铝泡沫夹层结构的抗爆性能明显优于等质量的均匀密度铝泡沫夹层结构;多目标优化可进一步提高梯度铝泡沫夹层结构的综合抗爆性能。     

磁流变液阻尼器试验与建模研究

针对参数化模型不能直接反映阻尼器逆向动态特性、非参数化建模需大量试验数据问题,提出两者结合模型。该模型用自适应神经模糊系统建立位移、速度对阻尼力的非线性表达模型,用参数化方法描述阻尼力随电压及速度的变化输出模型。研究表明,此建模方法能较好逼近磁流变液阻尼器试验结果并反映其非线性特性,便于实际控制,且可减少计算工作量。     

空气弹簧隔振平台姿态模糊控制研究

空气弹簧隔振器在舰船上已经被广泛使用，但是空气弹簧漏气往往造成隔振平台姿态倾斜或者高度下降，严重影响设备的正常工作以及隔振性能．因此，检测漏气情况以及保持平台姿态平稳是空气弹簧隔振系统需要解决的关键技术问题．由于大型设备的空气弹簧隔振平台结构往往非常复杂，很难建立其精确的数学模型，常规的依靠精确模型的控制策略在这里无法奏效．文中分析了空气弹簧漏气对隔振平台姿态的影响，提出了一种漏气快速检测方法，利用模糊控制理论对空气弹簧隔振平台的姿态控制进行了研究和试验．试验结果表明，空气弹簧隔振系统姿态模糊控制技术是完全可行的，效果良好．     

大跨度拱桥磁流变阻尼器减震控制

对拱桥这种大型结构在地震激励作用下实施减震控制是提高结构安全性的重要途径。为实现磁流变阻尼器在拱桥振动控制中的应用，提出在拱桥上设置磁流变阻尼器的减震控制方案。以改进的现象模型作为磁流变阻尼器的计算模型，采用LQG控制器一基于Sign函数的半主动控制算法，建立拱桥结构一磁流变阻尼器控制系统。最后，建立一平面拱桥模型，对该拱桥采用磁流变阻尼器进行减震控制分析。仿真分析结果表明通过合理地设计控制策略，拱桥磁流变阻尼嚣半主动控制可使拱桥地震反应取得良好的减震效果，而且半主动控制效果明显优于被动控制。     

Systematic design of instrumentation architecture for control ofmechanical systems

The selection and placement of sensors and actuators is an important step in the design of controlled systems such as robots and space structures with structural flexibility. Essentially all systematic methods proposed in the literature for this design step are only valid for linear systems. To overcome this limitation, this paper proposes a new approach based on hyperstability. The method is suitable for use with conventional as well as intelligent and nonlinear control systems. Its application is illustrated in a space robotics example