考虑竖向地震作用的振动控制及其优化研究

目前,MRD结构的分析通常只考虑水平地震动而不考虑竖向地震动的影响,地面的水平运动和竖向运动具有相关性,从而影响控制效果．因此对双向地震耦合作用下MRD结构的理论进行研究,建立动力分析模型并得出运动微分方程．以8层MRD结构为例进行地震反应分析,研究表明,考虑和不考虑竖向地震作用,MRD对结构均有良好的控制作用,但是竖向地震作用的存在,使结构各层的层间位移峰值有不同程度的增加,其增量随着竖向地震作用的增加而增加,因此建议在高烈度地区的建筑物考虑竖向地震作用对结构的影响．建立MRD结构优化设计模型,采用IHGA程序对结构进行优化设计．结果表明, MRD结构在各种工况下的各项地震反应均得到更好的控制．     

多维地震作用下高层结构振动混合控制研究

针对水平和竖向地震作用下高层建筑结构的混合振动控制问题,研究调谐质量阻尼器(tuned mass damper, TMD)体系、隔震结构体系、隔震与TMD混合控制体系3种策略对水平与竖向地震共同作用下结构振动响应的减振效果。选取典型的20层钢结构Benchmark结构模型,利用ANSYS软件建立带有TMD和隔震层结构的有限元模型,比较了结构在水平地震单独作用下与水平和竖向地震共同作用下的振动响应。结果表明,水平方向上的振动响应无明显变化;竖直方向上,有控状态下的减振指标相对于无控状态出现了增大现象,尤其是层间隔震结构增大较为明显。研究成果可为高烈度区高层隔震结构设计提供参考。     

基底滞后隔震层对建筑结构随机地震反应的控制

本文应用随机最优控制理论提出了用基底滞后隔震层把大震烈度下多层剪切型结构的地震反应控制在弹性范围内的设计计算方法.文中在建立了基底设置隔震层建筑结构计算模型的基础上,确定了它随机地震反应最优控制的评价函数和可靠性约束;并在应用最优控制论导得基底等价线性耗能器的最优反馈增益的前提下,最终得到了把大震烈度下结构地震反应控制在弹性范围内的基底滞后隔震层最优设计参数的计算公式.     

随机风场下高层结构振动隔震与TMD混合控制研究

针对风荷载作用下高层建筑结构振动控制问题,基于建筑隔震和调谐质量阻尼器振动控制原理,利用ANSYS软件分别建立高层结构带隔震层和带调谐质量阻尼器(TMD)的单一控制策略以及两者相结合的混合振动控制策略。根据Davenport脉动风速谱,采用自回归模型(AutoRegressive,AR)法,考虑竖向相关性、平稳的多变量随机过程以及它的互谱密度矩阵模拟生成具有随机性的脉动风速时程曲线和风速谱的功率谱密度,并用于20层钢结构Benchmark结构模型。系统比较三种振动控制策略在顺风向脉动风载作用下的控制效果,结果表明隔震与TMD混合振动控制方法可以有效地抑制结构风振响应,控制效果很好地弥补了单一振动控制的缺陷。本文方法可应用于大尺度高层结构振动控制中,实现高层建筑结构风振响应的可靠控制。     

结构振动的滑模变结构半主动控制

研究应用磁流变阻尼器(MRD)对结构振动半主动控制的算法和原理。研制并对磁流变阻尼器进行了阻尼特性实验，采用非线性滞回双粘性模型描述磁流变阻尼器的阻尼特性，模型结果与实验结果非常一致。采用滑模控制算法和趋近律方法设计了半主动控制器。利用滑模控制方法所建立的控制器，本文给出了地震激励下结构振动半主动控制算例。计算分析表明，半主动滑模控制具有控制效果明显、鲁棒性好等优点，是一种非常有发展前途的控制方法。     

地震作用下高层建筑结构的分散神经网络振动控制研究

针对地震作用下高层建筑振动神经网络控制问题,将神经网络理论与分散控制理论相结合,提出分散神经网络振动控制方案,并应用于高层结构地震反应振动控制中。利用多层前馈神经网络建立结构模型,预测结构的振动响应。基于NARMA-L2的神经自校正控制系统设计BP神经网络控制器,研究分散神经网络振动控制效果,并与神经网络集中控制进行比较。对某20层Benchmark结构模型进行数值模拟分析,结果表明,本文提出的分散神经网络振动控制方法简化了神经网络的结构,可有效控制结构振动和消除时滞;同时,相对于集中控制的单一失效,本文方法的可靠性更强且可以保证振动控制系统的实时响应。     

考虑控制延时影响的相邻建筑结构的离散变结构振动控制方法

研究了基于离散变结构控制算法的考虑控制延时影响的相邻建筑结构体系地震反应半主动控制的基本设计和计算方法。首先,建立了相邻结构体系的力学模型及连续运动状态方程,并将其离散化成标准离散状态方程形式。其次,简要地讨论了离散变结构控制器的设计方法,包括切换平面的选择及离散趋近率的构成．最后,应用本文方法对主楼12层,裙房5层的实例结构进行了数值仿真分析,结果表明,该控制方法不仅能有效抑制相邻结构地震反应的鞭梢效应,而且在控制延时存在的情况下,仍能保证系统的减震性能和稳定性。     

地下爆炸冲击波引起的基底滑移隔震建筑的动力响应

对埋置在土体中的圆形衬砌内发生意外爆炸引起的附近地表的滑移隔震建筑 (考虑了土 结构相互作用 )的动力响应进行了研究。在土 结构相互作用分析中 ,分别采用有限元、无穷元和集中质点体系建立了衬砌周围的有限土区、四周的无限土区以及基底滑移隔震建筑的计算模型 ;在基底滑移隔震分析中 ,提出了用连续摩擦力模型取代传统的库仑摩擦力模型 ,避免跟踪啮合滑移的过渡边界并可减小计算误差。通过数值模拟 6层基底滑移隔震建筑在遭受地下爆炸冲击波作用且考虑土 结构相互作用所产生的动力响应 ,分析了基底滑移隔震效果以及不同隔震参数对隔震效果的影响 ,为相关的理论研究和工程实践提供了依据。     

层间隔震结构的能量平衡

从能量观点出发,引入设计用能量谱的概念,分析了地震输入能量在层间隔震结构中的分配和耗散。推导出了基于能量平衡的层间隔震结构的隔震层总剪力、最大变形以及基底剪力的地震响应预测式,分析了隔震层刚度、阻尼以及隔震层的设置位置等参数对层间隔震结构减震性能的影响,并阐明了其自身的减震控制机理。研究表明,基于能量平衡的分析方法是一种预测层间隔震结构地震响应和评价其减震性能的有效手段。     

基于磁流变阻尼器的多单体组合隔震结构模糊控制研究

提出了一种新的组合结构振动控制体系——多单体组合隔震结构,建立了力学模型及运动方程。基于瞬时最优控制算法,将控制力表达成阻尼力的形式,用磁流变阻尼器充当控制器,运用模糊控制方法对其进行控制。通过计算机仿真分析,并运用LQR控制与之进行对比。研究结果表明,这种组合隔震结构体系的控制效果明显,各结构的地震响应都有明显降低。采用模糊控制不需要建立精确的计算模型,并能达到与LQR控制相接近的控制效果。用磁流变阻尼器充当控制器减少了能量输入,在结构2与结构3之间安装弹簧-阻尼器使控制更容易实现。     

A coupled BE–FE study for evaluation of seismically isolated cylindrical liquid storage tanks considering fluid–structure interaction

The effects of base-isolation on the seismic response of cylindrical vertical flexible liquid storage tanks subjected to horizontal seismic ground motion are presented in this paper. The whole system consists of two main parts: the base-isolation component, and the fluid–structure interaction subsystem. Dynamic analysis of liquid storage tank is achieved through the use of finite shell elements for the structure and internal boundary elements for the liquid region. The boundary element equations are employed to obtain an equivalent liquid mass matrix which is then coupled with the shell structure mass matrix, resulting in the coupled equations of motion. Finally, the coupled equations of motion are connected with the base-isolation system to observe the whole system behavior. A bilinear hysteretic element is used to illustrate the base-isolation system. The analysis is performed in the time domain in which, hydrodynamic interaction is taken into account. It is shown that the seismic response of the isolated tank could be significantly reduced compared with the fixed-foundation tanks. Parametric studies are carried out to study the effects of different system parameters on the effectiveness of the base-isolation system. These parameters are the tank geometry aspect ratio (height to radius), the flexibility of the isolation system, the liquid surface displacement variations, and the tank wall flexibility. It is observed that the seismic isolation is more effective in slender tanks in comparison with broad tanks. Furthermore, it is shown that the isolation efficiency is partially more significant in rigid tanks. It is also noticeable that flexible isolators considerably reduce the seismic response in comparison with stiff isolators. Despite the foregoing advantages, liquid surface displacement increases due to seismic isolation, especially in slender tanks.     

地下爆炸波作用下基底滑移隔震大跨结构的动力响应分析

对由地下隧道内发生意外爆炸引起的地下爆炸波作用下基底滑移隔震大跨结构考虑土一结构相互作用（SSI）的动力响应进行了全面的分析。在SSI分析中,分别采用有限元、无穷元和杆件体系建立了地下衬砌及周围有限土区、远场无限土区以及基底滑移隔震大跨结构的计算模型;在基底滑移隔震分析中,提出用连续摩擦力模型取代传统库仑摩擦力模型,以避免跟踪啮合滑移的过渡边界并可减小计算误差。最后,通过与Lysmer透射边界法和修正阻尼透射边界法的算例结果对比分析,验证了本文方法的有效性,其数值结果揭示了地下爆炸波作用下大跨结构的基底滑移隔震效果以及不同隔震参数对隔震效果的影响,从而为城市地下隧道建设相关的理论研究和工程实践提供了重要的依据。     

基于输出的建筑结构分散滑模控制

大尺度结构分解为多个低阶子结构,子结构间的相互作用视为作用于子结构的有界扰动。本文提出了一种基于部分位移、速度输出反馈的建筑结构分散控制方法。分析了输出坐标下子结构稳定滑模的存在条件,得到输出坐标下子结构稳定滑模面方程。建立了基于输出的稳定分散控制格式,其中控制力非线性部分保证结构全局状态收敛至设计的滑模面,线性部分使建筑结构闭环子结构系统渐进稳定。以一20层钢结构基准模型在地震激励下的控制为例,验证了该分散控制的有效性。研究表明,使用部分位移、速度输出信号可以设计基于全局稳定的建筑结构分散滑模控制。所提控制方法有效抑制了大尺度建筑结构振动响应,避免了滑模设计所需的复杂坐标变换,简化了基于输出的稳定滑模设计。     

隔震结构的研究概况和主要问题

简要概括了国内外隔震技术的应用发展状况.系统总结、评述了隔震结构若干方向的研究进展,包括隔震结构的非线性地震反应分析和非线性动力学性态分析、可靠度分析、优化设计、系统识别、试验研究等内容.指出了隔震技术发展中需要解决的几个主要问题,例如新型隔震元件、隔震体系的开发,隔震结构的经济可行性分析,与隔震技术发展相适应的设计、施工规范等.最后在结束语中探讨了隔震设计与基于功能的设计、分灾设计等结构抗震设计思想的关系.      

Nonlinear dynamic analysis of a structure with a friction-based seismic base isolation system

Many dynamical systems are subject to some form of non-smooth or discontinuous nonlinearity. One eminent example of such a nonlinearity is friction. This is caused by the fact that friction always opposes the direction of movement, thus changing sign when the sliding velocity changes sign. In this paper, a structure with friction-based seismic base isolation is regarded. Seismic base isolation can be employed to decouple a superstructure from the potentially hazardous surrounding ground motion. As a result, the seismic resistance of the superstructure can be improved. In this case study, the base isolation system is composed of linear laminated rubber bearings and viscous dampers and nonlinear friction elements. The nonlinear dynamic modelling of the base-isolated structure with the aid of constraint equations, is elaborated. Furthermore, the influence of the dynamic characteristics of the superstructure and the nonlinear modelling of the isolation system, on the total system’s dynamic response, is examined. Hereto, the effects of various modelling approaches are considered. Furthermore, the dynamic performance of the system is studied in both nonlinear transient and steady-state analyses. It is shown that, next to (and in correlation with) transient analyses, steady-state analyses can provide valuable insight in the discontinuous dynamic behaviour of the system. This case study illustrates the importance and development of nonlinear modelling and nonlinear analysis tools for non-smooth dynamical systems.     

地震纵横波时差耦合作用的斜坡崩滑效应研究

在燃烧室入口来流为Ma=2.64、T0=1483K、P0＝1.65MPa、T=724K、P=76.3kPa条件下,采用高速摄影和连续激光高速纹影对等截面型开窗燃烧室内氢气射流自燃过程、火花塞点燃氢气过程和引导氢气火焰点燃煤油过程进行了观测,获得了燃烧室内着火过程中火焰和流场波系结构的动态演化过程;观察到了初始火焰区首先起始于燃烧室下游,并逆流传播实现发动机着火的过程;分析表明燃料能否着火、以及着火位置与燃料着火时间、燃烧室流速和火焰稳定器安装情况相关,多火焰稳定区延长了燃料驻留时间,使燃料更容易着火。 关键词 超燃冲压发动机,点火过程,火焰传播,火焰稳定器     

Seismic base isolation by nonlinear mode localization

Summary In this paper, the performance of a nonlinear base-isolation system, comprised of a nonlinearly sprung subfoundation tuned in a 1∶1 internal resonance to a flexible mode of the linear primary structure to be isolated, is examined. The application of nonlinear localization to seismic isolation distinguishes this study from other base-isolation studies in the literature. Under the condition of third-order smooth stiffness nonlinearity, it is shown that a localized nonlinear normal mode (NNM) is induced in the system, which confines energy to the subfoundation and away from the primary or main structure. This is followed by a numerical analysis wherein the smooth nonlinearity is replaced by clearance nonlinearity, and the system is excited by ground motions representing near-field seismic events. The performance of the nonlinear system is compared with that of the corresponding linear system through simulation, and the sensitivity of the isolation system to several design parameters is analyzed. These simulations confirm the existence of the localized NNM, and show that the introduction of simple clearance nonlinearity significantly reduces the seismic energy transmitted to the main structure, resulting in significant attenuation in the response. This work was supported in part by the National Science Foundation Grant CMS 00-00060. The authors are grateful for this support.     

时滞对结构振动半主动控制效果的影响

应用磁流变阻尼器对结构振动进行控制，采用最优控制原理设计了控制器，给出在地震激励下结构半主动控制的仿真计算。研究了时滞对结构振动半主动控制效果的影响。数值结果表明：本文设计的半主动控制策略可有效地减小结构的振动响应，时滞对磁流变半主动控制效果随着时滞的增大而变差，但时滞不会导致该反馈控制系统的失稳。     

回滞非线性结构的瞬态最优控制

本文对一种国滞非线性基础隔振的主从结构模型用瞬态最优控制法进行振动控制研究。利用四阶Ｒｕｎｇｅ－Ｋｕｔｔａ积分格式统一处理最优控制方程，可直接逐步积分求出系统在瞬态最优控制下的最优控制力与系统响应。分别对主从结构无主动控制及有主动控制时的两种情况（包含或不包含ｖｂ反馈）进行计算。结果表明瞬态最优控制可有效地抑制振动。