OPTIMAL DISTRIBUTION OF EIMD FOR IRREGULAR HIGH-RISE BUILDING STRUCTURE VIA GENETIC ALGORITHM 1)

为了解决应用新型电磁惯性质量阻尼器于偏心高层结构控震工程中的优化布置问题,提出一种基于遗传算法的优化配置策略。首先建立地震动作用下新型电磁惯性质量阻尼器(electromagnetic inertial mass dampers,EIMD)偏心高层结构的动力学方程,其次选取合适的适应度函数并基于遗传算法得到EIMD最优配置数量及集成位置信息,最后提出一种可行的半主动控制策略对优化的结构进行控震分析。以一个24层实体不规则高层结构为例,仿真分析结果表明优化配置后的EIMD 对结构的控震效果明显优于随机布置。     

基于遗传算法的位移型与速度型阻尼器位置优化比较研究

提出了一种基于遗传算法的阻尼器位置优化的新型优化数学模型,考虑地震作用下不同的结构控制指标,首先假定优化模型的五种加权系数组合,在阻尼器数量一定的前提下,对不同形式的结构在四类场地条件地震动作用下分别进行位移型和速度型阻尼器位置优化。然后引入两个性能评价指标,对五种系数组合情况时两种类型阻尼器布置下的结构反应进行分析研究,使阻尼器布置方案能体现综合控制效果上的最优,得到不同情况下加权系数的最佳取值组合。通过数值分析,比较了不同类型阻尼器的位置优化特点,为工程实际应用中不同类型阻尼器的位置优化目标函数选取提供了有益的参考。     

调液阻尼器对结构扭转耦联振动控制的优化设计

提出了利用调液柱型阻尼器(Tuned Liquid Column Dampers,简称TLCD)和环形调液阻尼器(Circular Tuned Liquid Column Dampers,简称CTLCD)来控制偏心结构在多维地震作用下扭转耦联振动的方法。采用遗传算法,在双向地震作用下,对调液阻尼器的相关参数进行优化。选取了两种目标函数,一种只考虑最大的楼层反应,另一种考虑结构所有自由度的反应。用一个12层的偏心结构作为算例,进行优化计算,结果表明,采用第二种目标函数得到的阻尼器的参数,能有效降低结构的平动反应和扭转反应。     

基于放大式节点阻尼器的框架结构抗震性能研究

针对普通节点阻尼器在层间位移角较小时无法充分发挥阻尼器性能的问题,基于杠杆原理提出一种新型位移放大式节点阻尼器。首先介绍阻尼器的基本构造、工作原理并建立数值模型;然后建立含阻尼器的多尺度框架模型,开展结构静、动力弹塑性分析,探讨位移放大阻尼器与无放大阻尼器对框架结构抗震性能的影响。研究结果表明:放大式节点阻尼器耗能能力为无放大阻尼器的5.7倍;在多遇及罕遇地震作用下,相比布置无放大阻尼器的框架结构,布置放大式节点阻尼器的框架结构基底剪力响应分别减少13%、6%,层间位移角分别减少13%、11%,有效提升了结构的抗震性能。     

新型节点阻尼器对框架结构静力弹塑性性能的影响

为解决小位移下传统节点阻尼器不能充分发挥其耗能能力问题,开发出了基于杠杆原理的新型放大式阻尼器,以实现小位移高耗能。本文首先介绍了阻尼器基本构造及其工作原理,给出了阻尼器的力学模型,并基于数值模拟结果探讨放大式阻尼器的效果;再基于混凝土框架结构的静力弹塑性分析,主要对比有控结构中布置放大式阻尼器和无放大式阻尼器时的能力曲线、性能点、层间位移、层间位移角及塑性铰分布。研究结果表明:与无放大式阻尼器对比,布置放大式阻尼器的承载力增幅在10.0%左右;性能点对应剪力和位移减幅分别提高2.3%～3.1%和10.4%～12.3%;最大层间位移及薄弱层层间位移角减幅分别提高12.7%～15.0%和9.5%～11.2%。研究结果证明放大式阻尼器相比无放大式阻尼器效果更为显著。     

压电桁架作动器/传感器优化配置算法研究

针对自适应压电桁架结构振动控制,建立了作动器/传感器优化配置数学模型,并提出一种优化配置的新方法。为了减少结构分析次数,该方法将近似概念、对偶法和遗传算法相结合,首先采用多点近似技术建立原问题的序列近似问题,再对近似问题中的作动器/传感器位置离散变量和控制增益连续变量采用遗传算法和对偶方法分别寻优的分层优化策略。为了提高近似问题对原问题的逼近程度,本文提出一种适于离散变量结构优化的分段多点近似函数。算例表明本文方法能够以很少的结构分析次数得到最优解。     

基于遗传算法优化的磁流变减震结构模糊控制研究

基于模糊控制的磁流变减震器能够实现对框架结构的减震,但模糊控制器的设计容易受人主观经验的影响而导致控制效果不够理想。为此,本文提出一种遗传算法双优化模糊控制器设计方法,即运用遗传算法同时优化模糊控制器的模糊规则和隶属函数以改善控制效果。为了验证该方法的有效性,对每层均装有一个磁流变减震器的一个三层框架结构进行了仿真分析。分析结果表明:与未控结构、模糊控制器未优化的结构、模糊控制器只优化模糊规则的结构的位移和加速度反应比较,采用遗传算法双优化模糊控制器选择磁流变减震器控制电流的结构的振动控制效果较好。     

线性粘滞阻尼耗能框架结构地震反应分析与优化

振动方程阻尼矩阵对于布置了阻尼器框架结构的振型不再具有正交性,传统的振型解耦法已不再适合于该振动方程的求解。本文采用状态方程直接积分法,研究了线性粘滞阻尼耗能框架结构的地震响应,并与SAP2000有限元软件的分析结果进行了对比,两者误差在5%以内;本文也探讨了阻尼器布置方式对框架结构地震响应的影响。结果表明:减震结构布置阻尼器的楼层,其层间位移角减小较显著;但未布置阻尼器的楼层,其层间位移角较大,甚至会出现层间位移角超过传统抗震结构相应值的现象,因此粘滞阻尼器在结构中应连续布置,不宜在结构中间断;当粘滞阻尼器在结构各楼层均匀布置时,结构各楼层最大位移反应相对传统抗震结构降低很多,约为抗震结构的20%~40%,减震效果较显著,但各楼层阻尼系数可根据均匀布置阻尼器的结构层间位移角优化;阻尼系数优化后,结构各楼层层间位移角差别减小,较为均匀。本文最后提出了线性粘滞阻尼耗能结构地震作用的实用计算方法。     

基于改进遗传算法主动柔性结构压电元件位置优化

基于改进的遗传算法提出了一种解决多压电片布置在柔性结构上以实现振动主动控制的有效方法.本文采用D优化设计准则,即把Fisher信息矩阵行列式最大值作为目标函数的一种优化方法.通过对结构模态振型和动力特性的研究,使用一种简单的方法将所选择的低阶模态振型转化为归一化形式,最后通过结构模态振型可确定压电片最优位置.为了达到更好的振动控制效果,压电片布置在结构模态应变最大位置处.当在结构不同位置上布置压电片时,结构各阶模态振型也将随之发生不同程度的变化.本文建立了ANSYS软件和遗传算法的接口来实现对结构的模态重分析,从而提取各阶模态振型.     

地震作用下高层结构分布式多重调谐质量阻尼器振动控制研究

针对地震作用下高层结构振动调谐质量阻尼器(TMD)被动控制问题,基于沿结构高度分布多个阻尼器的策略,研究分布式多重调谐质量阻尼器(DMTMD)控制策略并应用于高层结构振动控制中。采用ANSYS软件对20层钢框架结构Benchmark模型建立有限元模型并进行模态分析,依据振型幅值确定多个阻尼器的楼层位置分布。将DMTMD控制策略的有效性和鲁棒性分别与仅在结构顶层安置阻尼器的单个调谐质量阻尼器(STMD)和多重调谐质量阻尼器(MTMD)控制策略进行比对。结果表明:DMTMD能有效地抑制结构地震反应,其控制效果与MTMD相近,且明显优于STMD。在考虑模型结构刚度不确定性的鲁棒性分析中,DMTMD的控制效果仍明显优于STMD和MTMD两种控制方案。     

地震作用下巨子型有控结构的半主动控制研究

在巨子型有控结构(MSCSS)的巨结构、子结构之间设置磁流变(MR)阻尼器,利用模糊神经网络建立了MR阻尼器的控制规则,并且运用遗传算法对控制器的规则库进行优化,研究了MSCSS在地震作用下的半主动控制问题。时程分析结果表明:在El-Centro地震波和Taft地震波作用下,本文建立的MR阻尼器均能很好地发挥调频子结构的减振功能,使巨结构的响应大为减小,两种地震波下结构顶层位移响应最大值的降幅分别为64%和74%,而层间位移响应的减小幅度也分别达到42%和61%。利用概率密度演化算法计算了结构在强度-频率双非平稳地震谱激励下的随机振动,计算结果显示本文对MSCSS进行的半主动控制能够使结构顶层位移均方响应峰值降低79%,提高了结构的抗震性能。     

带支撑Maxwell阻尼器耗能隔震结构的随机风振响应分析

对设置带支撑Maxwell阻尼器的高层耗能隔震结构的随机风振响应进行了研究。建立结构运动方程,基于传递函数法及随机振动理论,获得结构基于Davenport谱激励下位移和阻尼器受力响应方差,并将其分解为系列标准振子的线性组合,得到结构随机风振响应的解析表达式、阻尼器受力的随机响应、等效风荷载取值,从而建立了带支撑Maxwell阻尼器高层耗能隔震结构的随机风振响应解析分析方法。算例分析表明:支撑刚度对阻尼器的减震效果有着较大的影响,以上部结构风振位移响应为例,阻尼器的支撑刚度为1倍隔震层刚度比支撑刚度为0.001倍隔震层刚度的位移响应减小了30%左右。所获得的解析解对耗能隔震结构的设计和阻尼器的参数优化设计具有重要的意义。     

改进单向搜索遗传算法的工程结构优化设计

本文基于规范规定的约束条件和各项技术标准要求，建立了离散变量结构优化模型。针对遗传算法在迭代过程中经常出现未成熟收敛、振荡、随机性太大和迭代过程缓慢等缺点，提出一种新的遗传算子单亲遗传算子，用于对遗传算法的改进。并提出一种离散变量结构优化设计的单向搜索算法与遗传算法结合在一起解决问题。优化设计结果表明，这种改进单向搜索遗传算法的收敛特性得到了很好的改善，即发挥了单向搜索算法局部搜索能力强的特点，又发挥了遗传算法全局性好的特点。该方法是一种有效的工程结构优化设计方法。     

结构健康监测系统中传感器优化布置组合算法

在对结构健康监测中的传感器优化布置方法进行调研和总结的基础上,针对薄板、壳结构开展传感器优化布置的研究.提出了一种有效的传感器优化布置组合算法,由模态动能法、模态保证准则、遗传算法组合而成.该方法所得的传感器位置主要位于动态响应比较大区域,有利于提高信噪比;同时能够有效地保证模态振型的独立性,可以较完整地获得结构模态信息.针对这种组合算法的有效性采用简易机翼模型从数值计算和实验两方面进行了验证.     

基于和声搜索遗传算法的桁架结构拓扑优化

为改善传统设计理念和遗传算法优化不足,促进桁架结构离散变量拓扑优化发展与创新,将遗传算法与和声搜索算法混合,同时对遗传交叉和变异分3种情况进行自适应改进,建立了用于桁架结构拓扑优化的新型混合遗传算法——和声搜索遗传算法,利用该方法分别对平面桁架和空间桁架结构进行拓扑优化分析,并与改进遗传算法、拟满应力遗传算法、相对差商法、复合形遗传算法和改进蚁群算法比较,证明了此方法是有效、可行的。     

精密平台抗冲击控制优化分析

针对精密平台的稳定问题,采用三自由度的平台简化模型,并利用磁流变阻尼器(MRD)对平台结构进行了智能振动控制。针对精密平台的高性能要求,在等效方差率的基础上提出了相应的目标函数,采用MATLAB编程和遗传算法对在冲击激励下的精密平台进行优化数值分析。优化效果表明:在冲击激励下,基于等效方差率指标是可行的;其效果明显优于方差指标,完全可以取代变异系数进行平稳性能评估。     

建筑结构STMD参数优化研究

以含半主动调频质量阻尼器(STMD)的建筑结构为研究对象,借助于结构抗震性能指标对STMD参数的灵敏度分析来确定最优的STMD参数。在建模方面,为了减少灵敏度分析的误差,本文推导了建筑结构为多自由度系统时的结构振动方程;在灵敏度公式推导方面,在文献[6-8]的基础上,结合本文研究的特点,推导了结构抗震性能指标对STMD参数的灵敏度计算公式,在优化计算方面,考虑到采用常规优化算法很难实现,本文采用了基于实代码遗传算法的优化策略,最后本文给出了一个计算实例。     

黏滞阻尼器在超高层结构体系中的效率研究

250m以上的超高层结构主要有框架-核心筒、框筒-核心筒和巨型框架-核心筒等三种结构体系．由于超高层结构的高宽比通常较大（5以上）,结构的侧向变形往往成为控制因素．随着消能减震技术的不断成熟,黏滞阻尼器越来越多的应用于建筑结构领域．本文分别将黏滞阻尼器均匀布置在上述三种超高层结构体系中,对比其消能减震效果并分析原因,最后建议了黏滞阻尼器在这些结构中的较优布置．     

结构拓扑优化设计的三角网格进化法

针对进化或拓扑优化方法的不足，提出了一种基于遗传算法的新型进化式拓扑优化方法－－三角网格进化法，该方法不仅能够同时进行拓扑，形状与截面变量优化设计，而且在优化过程中实现了退化和进化的统一，提高了优化效率。另外本文还首次对结构类型变量进行了优化计算，取得了有益的结果。最后几个数值算例证明了本方法的可行性和有效性。     

网壳结构健康监测中的传感器优化布置

针对网壳结构健康监测提出了一种以损伤可识别性与模态可观测性相协调为目标的传感器优化布置的方法.由于模态数目的选取对基于损伤灵敏度分析的传感器优化布置有很大的影响,因此本文建立了一种同时包含模态独立性信息和损伤灵敏度信息的Fisher信息矩阵,并选取合适的模态数目,然后发展了一种以信息矩阵最大和条件数最小为准则的多目标优化算法.空间网壳数值算例表明,本文提出的传感器优化方法能简单、有效地为空间结构传感器优化布置提供可行方案.