壓電智能材料在懸臂梁結(jié)構(gòu)振動控制中的應用

隨著材料技術(shù)的發(fā)展,土木工程結(jié)構(gòu)振動控制用傳感和驅(qū)動裝置也隨之智能起來,其中包括:電磁流變材料、磁致伸縮材料、記憶合金材料、壓電材料等,智能材料的廣泛使用,幫助工程結(jié)構(gòu)抵抗振動的影響.文章綜述了電流變體/磁流變體(er/mr)智能材料的基本性能,并介紹了幾種智能材料在土木工程結(jié)構(gòu)振動控制中的應用,并展望了今后的發(fā)展前景.

論述了幾種智能材料結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的基本工作原理和力學特性,介紹了其在土木工程結(jié)構(gòu)中的一些應用及相關(guān)研究,指出在研究與應用過程中存在的一些問題,展望了今后的發(fā)展前景,并提出了一些建議。

隨著智能材料研發(fā)的不斷深入,它已廣泛被應用于土木工程行業(yè)中.當前智能材料在土木工程中應用的研究主要集中在結(jié)構(gòu)振動的自控制、自修復、自適應等方面,有效提高了土木工程結(jié)構(gòu)的耐久性及適用性.智能材料在土木工程結(jié)構(gòu)振動控制中的應用為其開辟了新的路徑.本文將簡單介紹結(jié)構(gòu)振動控制與智能材料,并在此基礎(chǔ)上總結(jié)分析智能材料在土木工程結(jié)構(gòu)振動控制中的應用,供廣大讀者參考.

隨著材料技術(shù)的發(fā)展,土木工程結(jié)構(gòu)振動控制用傳感和驅(qū)動裝置也隨之智能起來,其中包括:電磁流變材料、磁致伸縮材料、記憶合金材料、壓電材料等,智能材料的廣泛使用,幫助工程結(jié)構(gòu)抵抗振動的影響。本文從振動控制的形式開始,進而介紹了主流智能材料在工程結(jié)構(gòu)振動控制中的應用。

根據(jù)結(jié)構(gòu)振動控制中主動控制和被動控制原理,主動控制技術(shù)需要輸入外部能量,被動控制技術(shù)不需要輸入外部能量。分析橋梁結(jié)構(gòu)控制技術(shù)的特點,研究橋梁工程抗、減、隔振(震)的物理特性,并推廣應用到橋梁工程中。

運用線性二次型經(jīng)典最優(yōu)控制算法獲得學習樣本,由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反向傳播算法訓練產(chǎn)生模糊規(guī)則和隸屬度函數(shù),設(shè)計模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器,通過某結(jié)構(gòu)地震波作用下振動控制的數(shù)字仿真,表明模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以有效地應用到結(jié)構(gòu)控制中。

壓電材料控制懸臂梁升力面顫振研究——利用壓電材料建立了單輸入單輸出理論模型并得到顫振方程及其狀態(tài)空間方程。同時應nastran、matlab計算軟件和自行編制的程序進行了氣動力擬合，并且對模型的結(jié)構(gòu)動力學特性及顫振特性進行了分析。計算結(jié)果表明，通過主動控...

空間結(jié)構(gòu)振動控制綜述——如何減小結(jié)構(gòu)振動反應是工程界一直關(guān)注的問題。傳統(tǒng)的抗振方法是依靠結(jié)構(gòu)主體本身的非彈性狀態(tài)來消耗振動能量。由于振動荷載的不確定性和結(jié)構(gòu)非彈性破壞的復雜性,導致傳統(tǒng)抗振方法的不安全性和應用的局限性。結(jié)構(gòu)振動是近十幾年來發(fā)展...

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懸臂梁結(jié)構(gòu)損傷檢測方法研究——提出了一種基于模態(tài)應變能的損傷診斷指標，并用于懸臂梁結(jié)構(gòu)損傷檢測。驗證結(jié)果表明該損傷診斷指標能夠有效地對結(jié)構(gòu)的損傷進行精確定位，對構(gòu)件損傷程度的評估也能得到令人滿意的結(jié)果。

創(chuàng)新地將調(diào)諧質(zhì)量阻尼器（tmd）和主動調(diào)諧質(zhì)量阻尼器（atmd）引入到動力設(shè)備作用下某三層結(jié)構(gòu)振動控制研究之中，其中動力設(shè)備采用兩級隔振體系。對于atmd控制體系，主動算法采用基于局部狀態(tài)觀測的lqg控制理論，并引入新型的群智能算法——粒子群優(yōu)化算法（pso）以對權(quán)值矩陣進行優(yōu)化計算，適應值函數(shù)定義為模擬時程內(nèi)結(jié)構(gòu)層的絕對位移之和。數(shù)值計算結(jié)果表明，將tmd或者atmd應用到動力設(shè)備致結(jié)構(gòu)振動控制之中可行，且atmd對結(jié)構(gòu)整體而言具有更加優(yōu)異和穩(wěn)定的控制性能。

以適用于多能域系統(tǒng)建模的功率鍵合圖為工具,建立了葉盤結(jié)構(gòu)與壓電回路耦合動力學模型,研究了電路參數(shù)失諧對葉盤結(jié)構(gòu)振動特性的影響規(guī)律,并進行了驗證。研究結(jié)果表明:控制電路失諧會使葉盤結(jié)構(gòu)的動力學特性受到影響,且其影響大小與失諧支路離失諧葉片的距離有關(guān),距離越遠影響越小;在同一支路的各個參數(shù)中,電阻失諧對葉盤結(jié)構(gòu)的最大振幅影響最大,電容失諧不影響葉盤最大振幅。此外,研究發(fā)現(xiàn):控制電路失諧不一定會加劇葉盤結(jié)構(gòu)振動局部化,在某些電路失諧模式下,葉盤結(jié)構(gòu)振動局部化程度反而減小,說明諧調(diào)壓電循環(huán)周期電路對失諧葉盤結(jié)構(gòu)振動的控制效果并非最佳,而設(shè)計適當失諧的壓電控制電路反而能得到更好的振動控制效果。

首先介紹了利用智能結(jié)構(gòu)進行厚壁梁振動控制基本原理,然后具體分析了厚壁梁振動智能控制系統(tǒng)的組成,并詳述了厚壁梁振動智能控制系統(tǒng)的實驗.結(jié)果表明利用壓電智能材料進行厚壁梁振動智能控制是可行的.

傳統(tǒng)的抗震結(jié)構(gòu)體系是通過增強結(jié)構(gòu)本身的性能來“抗御”地震作用的，但這種方法的作用和安全性是十分局限的，由于人們尚不能準確地估計結(jié)構(gòu)未來可能遭遇的地震的強度和特性，而按傳統(tǒng)方法設(shè)計的工程結(jié)構(gòu)其抗震性能不具備自我調(diào)節(jié)與自我控制的能力，因此在這種不確定性的地震作用下，工程結(jié)構(gòu)很可能不滿足安全性的要求，而產(chǎn)生嚴重破壞，甚至倒塌，造成重大的經(jīng)濟損失和人員傷亡。因此，工程結(jié)構(gòu)控制可能是徹底解決這一問題的方法。

主要是分析和研究了近階段我國土木工程結(jié)構(gòu)領(lǐng)域中的相關(guān)現(xiàn)狀和發(fā)展情況，提出了許多存在的問題，并提出相應的解決方案。

本文采用實驗分析的方法,研究單邊接觸懸臂梁振動系統(tǒng)在階躍激勵與敲擊激勵下系統(tǒng)的振動特性。利用matlab軟件對采集到的實驗數(shù)據(jù)進行時頻分析,發(fā)現(xiàn)單邊接觸約束條件并不改變梁的固有頻率,但是在固有頻率附近出現(xiàn)高階諧振頻率聚集的現(xiàn)象。

為了改善在建筑結(jié)構(gòu)中采用調(diào)頻質(zhì)量阻尼器（簡稱tmd）進行抗震時抗震效果不穩(wěn)定和抑制頻帶窄等缺點，研究了變阻尼半主動調(diào)頻質(zhì)量阻尼器（簡稱stmd）。為了使阻尼變化容易實現(xiàn)，在設(shè)計激勵力時采用了階躍函數(shù)方式；同時還考慮到變動阻尼應在一定范圍內(nèi)進行的特點，提出了含約束的結(jié)構(gòu)振動半主動控制方案；在控制策略方面，考慮到地震的隨機性，引入了廣義預測控制方法。從實例分析可知，采用stmd可以使設(shè)計質(zhì)量、剛度和阻尼值分別下降約30％，90％，90％。計算仿真結(jié)果表明，采用stmd的抗震效果比tmd要好得多。

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，傳感技術(shù)、信號采集與處理技術(shù)隨著應用領(lǐng)域的拓寬得到了充分的發(fā)展空間，土木工程結(jié)構(gòu)的振動控制技術(shù)研究經(jīng)過多年研究已取得了一些成就，相應的技術(shù)也在實際工程中廣泛應用，但是應用過程還存在著許多的問題與不足，本文綜述了土木工程結(jié)構(gòu)振動控制技術(shù)的發(fā)展過程及現(xiàn)狀，并對其今后的發(fā)展趨勢做了展望。

傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)抗震是彈塑性設(shè)計方法，采用增強結(jié)構(gòu)本身的抗震性能（強度、剛度、延性）來抵御地震作用，這是被動消極的抗震對策。由于人們對未來地震災害作用的強度和特性尚不能準確地估計，按傳統(tǒng)抗震方法設(shè)計的結(jié)構(gòu)不具備自我調(diào)節(jié)的能力。因此，結(jié)構(gòu)很可能不滿足安全性的要求，而產(chǎn)生嚴重破壞或倒塌，鑒于結(jié)構(gòu)減震控制技術(shù)涵蓋范圍太大，下面討論土木工程結(jié)構(gòu)振動控制技術(shù)的發(fā)展。

結(jié)合國內(nèi)外最新研究成果,綜述了土木工程結(jié)構(gòu)振動控制的應用研究概況,并對研究及應用中存在的問題作了探討。

介紹了形狀記憶合金的本構(gòu)模型,并通過在高層建筑結(jié)構(gòu)中裝設(shè)sma拉索對結(jié)構(gòu)振動控制進行了研究,建立了被動控制高層建筑結(jié)構(gòu)地震響應的運動方程,探討了其控制原理和方法,為高層建筑結(jié)構(gòu)振動控制設(shè)計提供了一種新方法。

探討了懸臂梁在京山49號橋鋼梁桿件更換中的應用,并介紹了相關(guān)技術(shù)標準和安全措施。