LT50m模型二级运动调整系统的动力学分析

安装在悬挂馈源舱内的Stewart平台作为馈源位姿精调机构与舱索粗调系统一起构成了大型射电望远镜(LT)馈源位姿的两级调整系统。使用索结构的悬链线解析方程以及在忽略舱体振动导致的Stewart平台惯性力的基础上,应用Newton-Euler法建立了舱索系统与Stewart平台耦合的动力学简化模型。通过对LT50m缩比模型的仿真分析,模拟了馈源舱对Stewart平台扰动的响应,并由实验进行了验证。     

大型射电望远镜悬挂馈源的风振模拟

基于随机过程理论和数值模拟方法 ,提出了利用 MATL AB软件模拟生成随机风荷的一种新途径。分析了 5 0 0 m口径大型射电望远镜 ( FAST)悬挂馈源结构在随机风荷下的非线性动力响应 ,为设计馈源稳定平台的运动控制范围提供了依据。     

LT50m缩比模型悬索舱体系统的风振分析

在新一代大型射电望远镜（LT）的悬索舱体系统中增加了抑制风激振动的下拉结构控制索系，并分析了50m缩比模型的风振响应。首先，由非线性静力分析确定结构初始静态参考位形和初应力；其次，针对结构特点模拟作用在悬索和馈源舱上的随机风荷。在上述研究的基础上，在时域中模拟分析下拉索系对结构风振的抑制效果，同时通过典型节点时域响应的FFT变换，给出响应自功率谱图，进一步描述了振动控制的效果。     

新一代大射电望远镜馈源舱索支撑系统的优化设计

基于对馈源舱姿态由40°增加到60°的设计要求,本文首先将原来的等高塔改成两组不等高塔,这对确保馈源舱60°姿态角的实现起到了关键作用。其次,对舱索支撑系统进行了优化设计。设计参数包括索与馈源舱的连接点坐标、索横截面积、塔高等物理量,约束函数为平衡方程、材料强度及边界条件,目标是使索张力差最小。再者,增加平衡重,且平衡重离舱顶端距离可在整个工作空间内实时改变,这不仅有利于舱姿态角的实现,而且可使索张力差进一步减小。最后,通过大量的数值计算和LT5m实验,结果证明了本文所提模型方法和措施的可行性与有效性。     

大柔性Stewart平台的刚度研究

大型射电望远镜舱索系统通过六根索长的协调变化驱动馈源舱作跟踪射电源的六自由度运动,其工作特点类似于Stewart平台,因此被看作大柔性Stewart平台。基于大型射电望远镜舱索系统50m缩比模型,首先分析了悬索的垂跨比与悬索张力、系统基频之间的关系;其次,研究了大柔性Stewart平台零位时的竖向刚度;最后,对舱体在不同位姿处的扭转刚度进行分析。研究工作为变结构悬索系统的振动分析与运动控制奠定了基础。     

不同耗能器安装方式下的结构振动控制效果分析

在斜支撑和Ⅴ形支撑的基础上，提出了安装阻尼器的三种新型附加联动机构支撑形式；并对这三种支撑形式下的阻尼器行程和控制力的计算进行了分析，采用放大系数的形式使计算公式得以简化；以SMA耗能阻尼器为对象，利用笔者编写的计算机程序，对包括斜支撑和Ⅴ形支撑在内的五种阻尼器安装方式进行了仿真计算。结果表明：(1)不同安装方式的振动控制效果各不相同，上肢联动机构的放大作用最大；(2)SMA耗能阻尼器的控制效果受SMA丝材长度的影响较大；(3)对不同的结构和不同的阻尼器应选择不同的阻尼器安装方式，才能使整体控制效果达到最佳。     

大射电天文望远镜悬索馈源系统驱动力的研究

针对大射电天文望远镜馈源系统中悬索呈现出的柔性特征，在已知馈源舱的位置，姿态，速度和加速度的情况下，将悬索离散为柔性索杆单元，建立了系统的逆运动学及逆动力学模型。分析计算了悬索上各离散点的位置、速度、加速度和惯性力，推导了在重力和惯性力共同作用下悬索的空间挠曲线方程，研究了悬索的刚体位移和弹性变形。在此基础上，通过刚体-柔性的迭代计算，求出悬索馈源系统的驱动力，为高精度的大射电天文望远镜提供了必要的设计参数。     

磁流变阻尼器汽车悬架的非线性振动特性分析

通过对磁流变阻尼器sigmoid模型进行数值计算分析,揭示了各参数对该模型阻尼力的影响,证明了通过合理有效地选择参数可设计出符合工程实际应用的磁流变阻尼器.对确定性激励下磁流变阻尼器的Sigmoid模型进行了理论分析.指出了采用非线性的阻尼器模型能更精确地描述汽车悬架的振动特性.从而证明了磁流变阻尼器有良好的使用价值和Sigmoid模型磁流变阻尼器在汽车控制工程应用中的可行性.     

设置粘弹性阻尼耗能框架结构减震性能分析

研究粘弹性阻尼器对框架结构的减震性能,分析该阻尼器的阻尼参数对框架结构地震反应的影响,给出设置阻尼器后结构地震作用的计算方法。对设置粘弹性阻尼器框架结构振动方程进行傅里叶变换,求解该振动方程的频域解,再通过傅里叶逆变换得出该方程的时域解,由此研究阻尼器的阻尼系数C_d和松弛时间系数η等对结构地震响应的影响。在此基础上,提出粘弹性阻尼器的阻尼系数在各楼层经济分布的实用计算公式,并对设置粘弹性阻尼器框架结构地震作用给出计算方法,分析结构各楼层的地震作用及结构各振型的底部剪力。研究表明,设置于框架结构的粘弹性阻尼器宜控制其松弛时间系数η≤0.5～0.7。     

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。     

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.      

基于MTMD的大跨度人行悬索桥人致振动控制

大跨度人行悬索桥柔度大且阻尼小,易在人群荷载激励下产生过大振动,导致舒适度不满足规范要求.对于此类结构,需要采取有效减振措施控制其动力响应.本文介绍了多重调谐质量阻尼器(MTMD)对主跨600 m人行悬索桥的人致振动控制性能.利用有限元软件建立了某大跨度人行悬索桥模型,以德国EN03规范为计算依据,计算了悬索桥的人致振...     

利用浅水水箱作为阻尼器的大连国贸大厦减振控制研究

针对一实际工程结构—大连国贸大厦,研究了风荷载作用下调液阻尼器的减振控制作用。首先建立了该结构的简化计算模型,利用Davenport谱给出了模拟风荷载;在大厦所处的位置进行多次测量,得到实际风速样本,选取其中风速较大、过程平稳的样本,对实测样本与模拟样本的频谱进行比较,验证了模拟风荷载的合理性。文中在大厦顶层设置浅水水箱,将其设计成可减少结构位移及加速度反应的控制装置TLD,以提高大厦在风荷载作用下的舒适度,并给出了高层建筑水箱减振方案实施的设计建议。数值计算结果表明,该大厦顶部设置TLD减振装置后,能有效地控制结构在风荷载作用下的反应。依据本文的TLD设计步骤,可供类似高层建筑进行TLD减小风振控制分析和设计时参考。     

基于加速度响应控制时MTMD的地震特性

研究了由多个刚度和阻尼保持为常量且频率呈线性分布的TMD形成的MTMD的地震特性。基于虚拟激励法和Kanai Tajimi及Clough Penzien地震谱 ,建立了结构 MTMD系统的加速度传递函数 ,进而导出了设置MTMD时结构的加速度动力放大系数 (ADMF)明确表达式。于是MTMD的优化准则选择为 :结构最大加速度动力放大系数的最小值的最小化 [Min .Min .Max .ADMF]。通过最优搜寻得MTMD的最优频率间隔、平均阻尼比、调谐频率比和相应的控制有效性指标。选择结构受控频率与地震卓越频率比的不同取值 ,研究地震卓越频率对MTMD最优参数及有效性的影响     

钢结构电视塔的MTMD风振控制研究及设计

在风荷载作用下，ＭＴＭＤ（ＭｕｔｉｐｌｅＴｕｎｅｄＭａｓＤａｍｐｅｒｓ）能有效地控制结构的风振反应，本文考察了ＭＴＭＤ的基本动力特性及其主要参数变化对风振控制效果的影响。数值分析表明，ＭＴＭＤ在控制结构反应有效性和稳定性方面均好于经优化设计的ＳＴＭＤ（ＳｉｎｇｅＴｕｎｅｄＭａｓｓＤａｍｐｅｒ）。最后，以洛阳电视塔为工程背景，阐述了ＭＴＭＤ的设计方法。     

地震作用下结构的基于阻尼柔性连接MTMD控制

研究了基于阻尼柔性连接多重高谐质量阻尼器(MTMD)在减小结构地震反应方面的动力特性。利用导出的设置MTMD结构的传递函数，建立了设置MTMD结构的动力放大系数(DMF)设计公式，于是MTMD的优化准则可定义为结构最大动力放大系数的最小值的最小化(Min．Min．Max．DMF)。根据优化准则，得不同刚度比MTMD的最优参数和相应的Min.Min.Max．DMF值。为比较，同时给出了基于阻尼刚性连接(R＝0)MTMD的结果，广泛的数值分析表明，传统的阻尼刚性连接MTMD的性能可以扩展至一定刚度比范围的阻尼柔性连接MTMD。     

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。     

Dynamic modeling and wind vibration control of the feed support system in FAST

The Feed Support System (FSS) addressed here is the receiver carrier of the Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope (FAST) in China. The FSS is a complex hybrid manipulator, which consists of a cable-driven Stewart manipulator, an A–B rotator and a rigid Stewart manipulator. The cable-driven Stewart manipulator, which is a long-span flexible cable structure, is sensitive to the wind disturbance and induces the FSS vibration. The rigid Stewart manipulator is designed to suppress the vibration and improve the terminal accuracy of the FSS. In the paper, the elastic dynamic model of the cable-driven Stewart manipulator is deduced by simplifying the flexible cable as the spring damping model, while the rigid-body dynamic model of the A–B rotator and the rigid Stewart manipulator is obtained in detail, using the Newton–Euler method. The internal coupling forces of the FSS are figured out. The wind disturbance model is established according to the Davenport spectrum. By adopting the kinematic and dynamic parameters of the FAST prototype, the simulation model of the FSS is completed. Kinematic and dynamic vibration control strategies are evaluated with simulations. Results show that the dynamic vibration suppression strategy well satisfies the FSS terminal accuracy requirement, keeps the rigid Stewart manipulator working with reasonable driving forces, and should be adopted in the control system of the FAST prototype.     

地震作用下基于ADMF和系统参数组合的最优MTMD

多重调谐质量阻尼器 ( MTMD)是由许多频率成线性分布的调谐质量阻尼器组成。可能的系统参数组合形成 5种 MTMD,即 MTMD-1～MTMD-5。基于在基底加速度作用下具有一般 MTMD时结构的加速度传递函数 ,建立了 MTMD-1～ MTMD-5加速度动力放大系数 ( ADMF)的统一模式。利用 ADMF和数值寻优技术进行了详细的最优参数研究。最优参数包括 :最优频率间隔、最优阻尼比、最优调谐频率比。大量的数值比较表明 :在MTMD地震反应控制工程中 ,应优先选择 MTMD-1。