大跨度桥梁多模态耦合颤振DTMD控制研究

DTMD是一种具有双频率的调谐质量阻尼器,与普通TMD相比,可以同时实现对主梁竖向和扭转运动的控制,具有较高的控制效率。本文基于多模态耦合颠振理论,导出带有DTMD的桥梁颠振系统运动微分方程,采用PK—F法求解系统颠振运动微分方程,并编制了多模态耦合颠振DTMD控制和参效分析程序,以崖门斜拉桥为算例,分析了DTMD对桥梁颤振控制的有效性并与普通TMD进行了对比,计算结果表明与传统TMD相比,DTMD对桥梁颠振具有更高的控制效率。     

基于虚拟激励法的大跨桥梁抖振内力分析

桥梁抖振内力分析是大跨桥梁抗风设计中的一项重要课题。目前，通常采用等效静风荷载的方法来计算桥梁抖振内力。本文将虚拟激励法应用到桥梁抖振内力分析中来，考虑多模态耦合效应，建立了直接应用随机振动方法计算桥梁抖振内力的快速算法。最后，以主跨为628m的某大跨斜拉桥为例进行了多模态耦合抖振内力分析，结果表明：高阶模态的参与将使主梁抖振内力增大，主梁抖振内力的峰因子介于3．4至4．0之间。     

安装固定气动翼板的大跨桥梁抖振分析

建立了安装固定气动翼板的大跨桥梁多模态耦合抖振分析框架，推演了作用在整个桥梁-气动翼板系统上的抖振力和自激力的显式表达式，考虑了多模态耦合效应．基于有限元法，作用在主梁-气动翼板系统上的抖振力转化为节点力，进一步得到作用在整个桥梁上的抖振力并导出了其功率谱密度矩阵；作用在主梁．气动翼板系统上的气弹自激力转化为节点力，并将其表达为气弹刚度矩阵和气弹阻尼矩阵．通过组集得到系统的运动方程，然后运用虚拟激励法在频域计算系统的抖振响应．以某大跨斜拉桥为例进行研究，结果表明：在主梁下方安装-对固定气动翼板后，主梁的扭转角位移、角加速度以及侧向加速度响应能够得到有效控制。     

失谐整体叶盘多模态振动抑制的吸振器阵列方法

整体叶盘是新一代高性能航空发动机的关键部件,具有结构紧凑、重量轻和推重比高等优点,但也存在结构阻尼低、模态密度高和随机失谐问题,导致其通过共振区域时振幅大,显著影响整体叶盘结构的可靠性和疲劳寿命.为有效抑制失谐整体叶盘的多模态振动,提出一种由一系列吸振器环状布置而成的吸振器阵列减振方法,通过设置多组匹配不同模态的吸振器,实现对多模态共振峰值的抑制.为揭示吸振器阵列方法的多模态减振机理,采用具有代表性的集中参数模型构建整体叶盘-吸振器阵列系统的动力学分析模型,结合解析形式的功率流分析方法,分析吸振器质量、频率调谐精度、阻尼水平以及吸振器个数等关键参数对吸振器阵列减振性能的影响.搭建了吸振器阵列方法验证实验台,并通过实验验证了吸振器阵列方法的效果.分析结果表明:吸振器阵列方法能够有效控制叶片主导与叶片-轮盘耦合型模态,能够以较小的质量实现对谐调与失谐整体叶盘多模态共振的高效抑制,减振性能的鲁棒性较好.     

飞机抖振问题研究进展

介绍了目前国内外对于飞机抖振问题研究的进展.主要介绍了目前国外对于飞机跨音速激波-附面层相互作用诱导的机翼抖振、低速大攻角下分离流诱导的机翼抖振、垂尾抖振的试验和理论研究方法、研究成果以及发展趋势.另外,也简单介绍了垂尾抖振减缓的几种方法,并对这些方法作了评述.     

大跨悬索桥三维非平稳耦合抖振分析

基于Priestley(1967)演变功率谱模型,并采用Lin和Yang(1983)的建议,建立了脉动风速的非平稳功率谱模型。依据此模型,采用三维有限元法,建立了大跨桥梁非平稳耦合抖振运动方程。然后,将虚拟激励法和精细时程积分法相结合,建立了求解桥梁三维非平稳耦合抖振运动方程的快速算法。以某大跨悬索桥为例,分析了该桥的非平稳耦合抖振响应,并与平稳耦合抖振响应进行了比较。计算结果表明：随着脉动风速平稳部分持时的增大,非平稳抖振分析结果逐渐收敛于平稳抖振分析结果;但若脉动风速的平稳部分持时较短,非平稳抖振分析结果将低于平稳抖振分析结果。     

基于模糊滑模控制的挠性航天器姿态机动及抖振抑制研究

针对挠性航天器姿态机动控制问题,设计了一种模糊滑模控制律。在原有的滑模控制基础上,用连续光滑的双曲正切函数代替了符号函数,并采用模糊控制对切换增益进行了改进,以抑制系统的抖振。考虑到挠性航天器初始阶段控制力矩过大的情况,引入了滞后因子,减小了控制力矩输出,避免了由此引起的挠性附件的振动问题。数值仿真结果表明:所设计的模糊滑模控制律不仅能够实现挠性航天器的姿态机动,而且有效抑制了挠性附件的抖振,具有更好的控制性能。     

弹性板振动的多模态主动控制

采用多对压电片对板振动的多阶模态进行主动控制。为了改善结构振动控制的效果，本文对选用结构振动能量和控制信号能量作为控制目标函数的LQR控制算法作了初步研究。首先，按能量准则推导了控制目标函数中权系数矩阵(Q矩阵和R矩阵)的理论计算公式，为权系数矩阵的选取提供了一定的理论依据。然后，运用该算法，在研究了单对压电片进行振动主动控制的基础上．本文深入分析了压电层合板振动的多阶模态控制的问题，用Matlab进行系统仿真，得到了压电层合板受到初始位移激励下板中心点的位移和控制电压大小随时间变化的曲线。数值模拟的结果表明，该方法能达到更有效控制结构振动和减小控制能量消耗的目的．进一步验证了该方法能达到有效控制结构振动和减小控制能量消耗的目的。     

雷诺数效应对翼型抖振特性的影响

飞行器抖振是一种非线性气动弹性问题,当飞行器进入抖振阶段时,将会对飞行器的性能产生严重影响。而在跨声速条件下,激波附面层相互作用会诱导机翼抖振。本文开展了跨声速条件下翼型抖振特性雷诺数效应的实验研究,揭示了翼型跨声速抖振起始迎角、激波运动前缘边界、频谱特性、抖振频率与雷诺数变化的基本规律。结论如下:雷诺数变化会导致抖振起始边界的改变,对抖振起始迎角下的功率谱密度峰值有明显影响;随着雷诺数的增大,激波运动的前缘后移。雷诺数变化对抖振频率有明显影响,随着马赫数增大,雷诺数效应增强。     

杠杆式多重调谐质量阻尼器的动力特性

研究了由许多刚度和阻尼保持为常量且频率呈线性分布的杠杆式TMD形成的杠杆式MTMD(LT-MTMD)的动力特性.基于建立的结构-LT-MTMD系统的传递函数,导出了设置LT-MTMD结构的动力放大系数(DMF)解析表达式.于是LT-MTMD的优化准则可定义为最大动力放大系数的最小值的最小化(Min.Min.Max.DMF).通过最优搜寻可得到LT-MTMD的最优频率间隔、平均阻尼比、调谐频率比和相应的Min.Min.Max.DMF值.研究了LT-MTMD中刚性支撑杆位置的改变对LT-MTMD动力特性的影响.     

结构主动开闭环多重调谐质量阻尼器（AMTMD）新控制策略

提出了一种新控制策略——主动开闭环多重调谐质量阻尼器(AMTMD)。AMTMD控制系统频率呈线性分布。AMTMD中的MTMD保持相同的刚度和阻尼系数但质量变化。基于TMD的工作原理定义了AMTMD的主动控制力构成即保持相同的位移和速度反馈增益系数但变化结构和地震加速度反馈增益系数。基于结构的广义振型模型，导出了设置AMTMD时结构的动力放大系数(DMF)，于是优化准则可定义为：Min．Min．Max．DMF．通过最优搜寻，研究了反映AMTMD有效性和鲁棒性的参数。这些参数包括：频率间隔、平均阻尼比、调谐频率比、总数、质量比和标准化加速度反馈增益系数。为了比较，多重调谐质量阻尼器(MTMD)和主动开闭环调谐质量阻尼器(ATMD)也被考虑。     

质量阻尼器的发展

广泛评述了调谐质量阻尼器(TMD)、多重调谐质量阻尼器(MTMD)、主动质量阻尼器(AMD)、半主动 TMD(SATMD)、主动调谐/主被动调谐/混合质量阻尼器(ATMD/APTMD/HMD)的研究现状.TMD, MTMD, AMD, SATMD, ATMD/APTMD/HMD能够有效地减小结构的风振与地震反应.指出强震下结构设置TMD, MTMD, AMD, SATMD, ATMD/APTMD/HMD的主要目的是限制结构屈服的进一步发展.因此,基于非线性结构模型的TMD, MTMD, AMD, SATMD, ATMD/APTMD/HMD研究具有重要意义.指出了TMD, MTMD, AMD, SATMD, ATMD/APTMD/HMD 有待于进一步研究的若干问题.提出了结构主动多重调谐质量阻尼器(AMTMD)和多重主被动调谐质量阻尼器(MAPTMD)的新控制策略.介绍了AMTMD和MAPTMD的研究进展并指出了进一步研究的发展方向.      

公路桥梁车辆耦合系统随机最优控制研究

为了研究公路桥梁车辆耦合系统随机振动的控制策略,本文基于1/4车辆-桥梁模型,采用随机最优控制中随机最优输出调节器对系统进行控制。算例分析表明:采用随机最优控制的系统竖向位移响应方差较无控制情况减小量达90%。该控制方法的应用可大大降低系统竖向位移响应方差,有效提高车辆行驶的平稳性。     

车桥耦合振动系统的半主动控制法

在已研究的车桥耦合振动动力学模型的基础上,针对简支桥梁模型,将车载对桥梁的耦合作用力看作是外干扰,提出了一种对桥梁的半主动控制模型。根据哈密顿原理推导了控制模型,发现这种模型自身具有状态反馈的特点;针对四分之一车辆与桥梁耦合振动建立的控制模型,经过搭建Simulink仿真,可以看出该模型对于跨中位移以及耦合力作用点位移振幅的削减幅度达80%左右,由此说明了半主动控制模型具有良好的控制效果。     

大跨度桥梁多模态耦合颤振的TMD控制

推导了装有TMD的结构在气动自激力作用下的动力微分方程,基于模态空间中多模态耦合颤振分析手段,运用考虑安装TMD的多模态自动分析法对结构-TMD系统进行了颤振分析和TMD控制分析,使多模态自动分析法能适用于TMD颤振控制分析,避免了双参数搜索和迭代计算,提高了计算效率。对某在建三塔悬索桥进行了原结构颤振分析和TMD-结构颤振频域分析,探讨TMD控制参数对颤振临界风速的影响。     

基于平稳过滤有色噪声地震动模型的MTMD性能评价

研究了由许多刚度和阻尼保持为常量且频率呈线性分布的TMDs形成的MTMD的地震特性。基于虚拟激励法和平稳过滤有色噪声地震动模型，建立了结构－MTMD系统的传递函数，进而导出了设置MTMD时结构的动力放大系数（DMF）明确表达式。于是MTMD的优化准则可定义为Min.Min.Max.DMF。通过最优搜寻可得MTMD的最优频率间隔、平均阻尼比、调谐频率比和相应的无量纲控制有效性指标。目前的论文通过考虑结构受控频率与地震加速度卓越频率比的不同取值和不同场地类型，研究地震卓越频率和场地类型对MTMD最优参数及有效性的影响。同时与基于Kanai-Tajimi平稳过滤白噪声地震动模型和不考虑地震加速度卓越频率(ωg=∝）两种情况的结果进行了比较。