被动式自适应悬吊质量摆减振控制的研究

发布时间：2020-03-24 18:15

【摘要】：高层结构对风荷载和地震等极端作用较为敏感,极易产生疲劳破坏,从而影响结构的安全和使用功能。因此,对高层结构减振控制是极为必要的。悬吊质量摆作为一种被动式减振体系,具有减振明显、设计简单、可靠性高、容易安装等诸多优点,被大量地应用到实际工程中。然而,因主结构动力响应过大而导致大摆角频率失调的问题,会降低悬吊质量摆的减振性能。当前的自适应悬吊质量摆减振系统大多由传感器和作动器调节摆长,尽管减振效果较好,但需要精密的机电和传感系统,通常造价昂贵,维护费用高,其可靠性和稳定性在实际大型土木工程难以保障,恶劣环境条件下某些电子元件损坏就可能导致减振系统无法正常工作。对此,本文将研究被动式自适应悬吊质量摆减振系统,可以避免使用作动器和传感器,更易于在工程中实施,造价低廉且可靠性好,只通过设计支座来改变有效摆长进而达到自适应减振的目的。(1)考虑悬吊质量摆的大摆角非线性,推导出在大摆角振动中能使悬吊质量摆的周期保持恒定的弧形支座的数学方程,进而提高了悬吊质量摆的减振性能。再以一个单自由度体系为例,通过拉格朗日方程建立运动方程并进行求解。最后通过参数分析,深入研究了摆长、质量比等参数对自适应悬吊质量摆减振性能的影响。(2)以一高层结构为算例,采用SAP2000软件建立高层的三维有限元模型;再输入正弦激励,分别计算并比较无控、传统摆和自适应摆控制下结构-摆体系的动力响应,从而验证自适应悬吊质量摆的有效性;最后选取4种场地类型下的8条不同的地震波,分析了地震强度和场地类型对传统摆和自适应摆减振效果的影响。(3)制作一个两层的框架模型,针对自适应悬吊质量摆减振体系的减振效果开展振动台试验。利用振动台对试验模型施加不同的正弦激励和地震激励,通过对比无控、自适应摆控制下结构顶层的动力响应,对传统摆和自适应摆减振效果进行分析,再验证本文提出的自适应摆的合理性及有效性。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU973.31

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本文编号：2598670