斜拉桥拉索的振动控制研究及仿真分析

发布时间：2017-10-10 04:21

  本文关键词：斜拉桥拉索的振动控制研究及仿真分析

  更多相关文章： 斜拉桥 斜拉索 振动控制 被动控制 半主动控制 中心差分法 状态空间法 磁流变阻尼器 控制算法 SIMULINK仿真

【摘要】：斜拉索是斜拉桥的主要的支撑体系,是斜拉桥的重要组成部分。超长的斜拉索极易在风、雨、交通等荷载的激励下产生大幅的振动,严重危害了斜拉桥的安全运营及其使用寿命,并且制约了大跨度斜拉桥的发展。本文对斜拉桥拉索的振动及控制进行了广泛的研究,系统深入地分析了斜拉索的主动、被动控制及MR阻尼器半主动控制的减振控制效果。本文系统的介绍了斜拉桥的发展历程及由于斜拉索的大幅振动造成的严重危害,对斜拉索的振动类型、研究现状及其振动控制措施(空气动力学措施、构造措施和阻尼器措施)进行了综述。重点分析了阻尼器措施,并将常用的几种阻尼器进行了综合对比。综合考虑了拉索的垂度、抗弯刚度的影响,推导了拉索-粘弹性阻尼器系统的线性自由振动偏微分方程,并结合分离变量法和中心差分法得到了广义特征根方程,推导了振动方程的刚度、质量、阻尼矩阵,并通过状态空间法对系统的复特征根值进行了求解,并得出了阻尼器设计通用曲线及曲线中对应的拉索最大阻尼比及最优阻尼器系数。对阻尼器设计提供了一定的依据。考虑拉索的垂度、抗弯刚度及几何非线性,推导了拉索-粘弹性阻尼器系统非线性振动方程及相应的质量、刚度、阻尼矩阵及非线性力矩阵。然后使用Newmark-β法求解,对拉索-阻尼器系统进行了非线性瞬态响应算例分析。结合LQR最优理论,使用MATLAB的simulink模块分别建立了拉索在无控、主动及被动控制状态下的仿真模型,并进行了时程响应分析。通过位移时程曲线直观、清晰地验证了拉索在各种荷载状况下阻尼器的控制效果。本文提出了基于速度与位移方向的半主动控制算法,用拉索振动方程的差分离散模型对斜拉索与MR阻尼器组成的系统进行面内振动响应的分析。MR阻尼器力学关系选用Spencer现象模型,以斜拉索的位移时程响应的作为减振效果的评价指标。分析了拉索在MR阻尼器半主动及被动状态下的位移时程响应,并建立了对应于MATLAB程序的SIMULINK仿真模型。
【关键词】：斜拉桥 斜拉索 振动控制 被动控制 半主动控制 中心差分法 状态空间法 磁流变阻尼器 控制算法 SIMULINK仿真
【学位授予单位】：华东交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U441.3;U448.27
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 绪论8-25
• 1.1 引言8-10
• 1.2 斜拉索的振动类型及研究现状10-15
• 1.2.1 涡激振动10-11
• 1.2.2 风雨激振11-13
• 1.2.3 尾流驰振13
• 1.2.4 抖振13
• 1.2.5 参数振动13-14
• 1.2.6 拉索内共振14-15
• 1.3 斜拉索的振动控制及研究现状15-23
• 1.3.1 空气动力学措施15-16
• 1.3.2 构造措施16-17
• 1.3.3 阻尼器措施17-23
• 1.4 本文研究的主要内容23-25
• 第二章 斜拉索-阻尼器系统及其控制方程的求解25-42
• 2.1 引言25
• 2.2 斜拉索-阻尼器系统动力特性25-35
• 2.2.1 水平张紧钢丝的横向振动25-27
• 2.2.2 斜拉索的局部横向振动27-31
• 2.2.3 张紧拉索-粘性阻尼器的振动方程及阻尼器通用设计曲线31-35
• 2.3 斜拉索-粘弹性阻尼器系统自由振动方程的离散及求解35-39
• 2.4 斜拉索-粘弹性阻尼器系统状态方程求解的算例分析39-41
• 2.5 本章小结41-42
• 第三章 斜拉索主动、被动控制研究及其SIMULINK仿真分析42-53
• 3.1 引言42
• 3.2 拉索-阻尼器系统非线性振动方程的推导及求解42-44
• 3.3 拉索-阻尼器系统的非线性瞬态响应算例分析44-48
• 3.3.1 自由振动45-46
• 3.3.2 集中简谐荷载作用46-47
• 3.3.3 均布风荷载作用47-48
• 3.4 斜拉索主动、被动控制的SIMULINK仿真分析48-52
• 3.4.1 基于LQR算法的拉索主动控制及仿真分析48-51
• 3.4.2 拉索-粘性阻尼器被动控制的simulink仿真分析51-52
• 3.5 本章小结52-53
• 第四章 MR阻尼器对斜拉索振动控制效果的仿真分析53-68
• 4.1 引言53-54
• 4.2 磁流变阻尼器54-62
• 4.2.1 MR阻尼器工作模式54-55
• 4.2.2 MR阻尼器力学模型及其simulink仿真55-62
• 4.3 斜拉索-MR阻尼器半主动控制系统的SIMULINK仿真分析62-67
• 4.3.1 MR半主动控制算法及仿真分析63-65
• 4.3.2 MR被动控制65-67
• 4.4 本章小结67-68
• 第五章 总结与展望68-70
• 5.1 总结68-69
• 5.2 展望69-70
• 参考文献70-74
• 附录1 斜拉索-粘弹性阻尼器系统的面内外非线性响应主程序的MATLAB程序代码74-76
• 个人简历 在读期间发表的学术论文76-77
• 致谢77

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本文编号：1004313