本文關(guān)鍵詞：斜拉橋拉索的振動(dòng)控制研究及仿真分析

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【摘要】：斜拉索是斜拉橋的主要的支撐體系,是斜拉橋的重要組成部分。超長(zhǎng)的斜拉索極易在風(fēng)、雨、交通等荷載的激勵(lì)下產(chǎn)生大幅的振動(dòng),嚴(yán)重危害了斜拉橋的安全運(yùn)營(yíng)及其使用壽命,并且制約了大跨度斜拉橋的發(fā)展。本文對(duì)斜拉橋拉索的振動(dòng)及控制進(jìn)行了廣泛的研究,系統(tǒng)深入地分析了斜拉索的主動(dòng)、被動(dòng)控制及MR阻尼器半主動(dòng)控制的減振控制效果。本文系統(tǒng)的介紹了斜拉橋的發(fā)展歷程及由于斜拉索的大幅振動(dòng)造成的嚴(yán)重危害,對(duì)斜拉索的振動(dòng)類型、研究現(xiàn)狀及其振動(dòng)控制措施(空氣動(dòng)力學(xué)措施、構(gòu)造措施和阻尼器措施)進(jìn)行了綜述。重點(diǎn)分析了阻尼器措施,并將常用的幾種阻尼器進(jìn)行了綜合對(duì)比。綜合考慮了拉索的垂度、抗彎剛度的影響,推導(dǎo)了拉索-粘彈性阻尼器系統(tǒng)的線性自由振動(dòng)偏微分方程,并結(jié)合分離變量法和中心差分法得到了廣義特征根方程,推導(dǎo)了振動(dòng)方程的剛度、質(zhì)量、阻尼矩陣,并通過狀態(tài)空間法對(duì)系統(tǒng)的復(fù)特征根值進(jìn)行了求解,并得出了阻尼器設(shè)計(jì)通用曲線及曲線中對(duì)應(yīng)的拉索最大阻尼比及最優(yōu)阻尼器系數(shù)。對(duì)阻尼器設(shè)計(jì)提供了一定的依據(jù)�？紤]拉索的垂度、抗彎剛度及幾何非線性,推導(dǎo)了拉索-粘彈性阻尼器系統(tǒng)非線性振動(dòng)方程及相應(yīng)的質(zhì)量、剛度、阻尼矩陣及非線性力矩陣。然后使用Newmark-β法求解,對(duì)拉索-阻尼器系統(tǒng)進(jìn)行了非線性瞬態(tài)響應(yīng)算例分析。結(jié)合LQR最優(yōu)理論,使用MATLAB的simulink模塊分別建立了拉索在無控、主動(dòng)及被動(dòng)控制狀態(tài)下的仿真模型,并進(jìn)行了時(shí)程響應(yīng)分析。通過位移時(shí)程曲線直觀、清晰地驗(yàn)證了拉索在各種荷載狀況下阻尼器的控制效果。本文提出了基于速度與位移方向的半主動(dòng)控制算法,用拉索振動(dòng)方程的差分離散模型對(duì)斜拉索與MR阻尼器組成的系統(tǒng)進(jìn)行面內(nèi)振動(dòng)響應(yīng)的分析。MR阻尼器力學(xué)關(guān)系選用Spencer現(xiàn)象模型,以斜拉索的位移時(shí)程響應(yīng)的作為減振效果的評(píng)價(jià)指標(biāo)。分析了拉索在MR阻尼器半主動(dòng)及被動(dòng)狀態(tài)下的位移時(shí)程響應(yīng),并建立了對(duì)應(yīng)于MATLAB程序的SIMULINK仿真模型。
【關(guān)鍵詞】：斜拉橋 斜拉索 振動(dòng)控制 被動(dòng)控制 半主動(dòng)控制 中心差分法 狀態(tài)空間法 磁流變阻尼器 控制算法 SIMULINK仿真
【學(xué)位授予單位】：華東交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：U441.3;U448.27
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 緒論8-25
• 1.1 引言8-10
• 1.2 斜拉索的振動(dòng)類型及研究現(xiàn)狀10-15
• 1.2.1 渦激振動(dòng)10-11
• 1.2.2 風(fēng)雨激振11-13
• 1.2.3 尾流馳振13
• 1.2.4 抖振13
• 1.2.5 參數(shù)振動(dòng)13-14
• 1.2.6 拉索內(nèi)共振14-15
• 1.3 斜拉索的振動(dòng)控制及研究現(xiàn)狀15-23
• 1.3.1 空氣動(dòng)力學(xué)措施15-16
• 1.3.2 構(gòu)造措施16-17
• 1.3.3 阻尼器措施17-23
• 1.4 本文研究的主要內(nèi)容23-25
• 第二章 斜拉索-阻尼器系統(tǒng)及其控制方程的求解25-42
• 2.1 引言25
• 2.2 斜拉索-阻尼器系統(tǒng)動(dòng)力特性25-35
• 2.2.1 水平張緊鋼絲的橫向振動(dòng)25-27
• 2.2.2 斜拉索的局部橫向振動(dòng)27-31
• 2.2.3 張緊拉索-粘性阻尼器的振動(dòng)方程及阻尼器通用設(shè)計(jì)曲線31-35
• 2.3 斜拉索-粘彈性阻尼器系統(tǒng)自由振動(dòng)方程的離散及求解35-39
• 2.4 斜拉索-粘彈性阻尼器系統(tǒng)狀態(tài)方程求解的算例分析39-41
• 2.5 本章小結(jié)41-42
• 第三章 斜拉索主動(dòng)、被動(dòng)控制研究及其SIMULINK仿真分析42-53
• 3.1 引言42
• 3.2 拉索-阻尼器系統(tǒng)非線性振動(dòng)方程的推導(dǎo)及求解42-44
• 3.3 拉索-阻尼器系統(tǒng)的非線性瞬態(tài)響應(yīng)算例分析44-48
• 3.3.1 自由振動(dòng)45-46
• 3.3.2 集中簡(jiǎn)諧荷載作用46-47
• 3.3.3 均布風(fēng)荷載作用47-48
• 3.4 斜拉索主動(dòng)、被動(dòng)控制的SIMULINK仿真分析48-52
• 3.4.1 基于LQR算法的拉索主動(dòng)控制及仿真分析48-51
• 3.4.2 拉索-粘性阻尼器被動(dòng)控制的simulink仿真分析51-52
• 3.5 本章小結(jié)52-53
• 第四章 MR阻尼器對(duì)斜拉索振動(dòng)控制效果的仿真分析53-68
• 4.1 引言53-54
• 4.2 磁流變阻尼器54-62
• 4.2.1 MR阻尼器工作模式54-55
• 4.2.2 MR阻尼器力學(xué)模型及其simulink仿真55-62
• 4.3 斜拉索-MR阻尼器半主動(dòng)控制系統(tǒng)的SIMULINK仿真分析62-67
• 4.3.1 MR半主動(dòng)控制算法及仿真分析63-65
• 4.3.2 MR被動(dòng)控制65-67
• 4.4 本章小結(jié)67-68
• 第五章 總結(jié)與展望68-70
• 5.1 總結(jié)68-69
• 5.2 展望69-70
• 參考文獻(xiàn)70-74
• 附錄1 斜拉索-粘彈性阻尼器系統(tǒng)的面內(nèi)外非線性響應(yīng)主程序的MATLAB程序代碼74-76
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷 在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文76-77
• 致謝77

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