【摘要】：在交通日新月異發(fā)展的今天,我國(guó)修建了越來(lái)越多的大跨度橋梁來(lái)方便人們通行。如今,斜拉橋以其優(yōu)異的跨越能力,成為了主流的大跨度橋梁結(jié)構(gòu)之一。斜拉索作為斜拉橋的主要構(gòu)件之一,它起著承載與傳遞力的作用。由于斜拉索是柔度大、質(zhì)量輕的小阻尼結(jié)構(gòu),其在外界荷載作用下容易產(chǎn)生多種形式的的振動(dòng),長(zhǎng)期的振動(dòng)會(huì)使得斜拉索的錨固端疲勞甚至破壞,引起橋梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)力重分布,嚴(yán)重情況下會(huì)造成橋梁結(jié)構(gòu)損壞,造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。為了抑制斜拉索的振動(dòng),通常工程中采取的是被動(dòng)或半主動(dòng)控制方法,但它們都存在著一定的缺陷,為此本文引入了宏纖維復(fù)合材料(MFC)作為斜拉索的減振控制裝置。作為一種新型的壓電智能材料,宏纖維復(fù)合材料(MFC)由壓電陶瓷纖維、環(huán)氧樹(shù)脂基、交叉指形電極構(gòu)成,它具有質(zhì)量極輕、柔韌性好、驅(qū)動(dòng)效果好、驅(qū)動(dòng)頻段寬等優(yōu)點(diǎn)。目前,MFC已經(jīng)被應(yīng)用于板殼結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制領(lǐng)域,但國(guó)內(nèi)外對(duì)MFC的驅(qū)動(dòng)性能研究卻少之又少,還沒(méi)有研究出一套完整的MFC與受控結(jié)構(gòu)復(fù)合的驅(qū)動(dòng)方程。因此本文展開(kāi)了對(duì)MFC與受控結(jié)構(gòu)復(fù)合驅(qū)動(dòng)方程的研究,建立了兩種MFC驅(qū)動(dòng)方程,完成了MFC對(duì)平板結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)試驗(yàn);本文提出了一種基于MFC的斜拉索減振方法,選用的控制方法為主動(dòng)控制方法,并進(jìn)行了斜拉索的振動(dòng)控制仿真分析。本文主要工作如下:1)推導(dǎo)出了兩種宏纖維復(fù)合材料驅(qū)動(dòng)方程,討論了受控結(jié)構(gòu)泊松比與MFC泊松比對(duì)MFC驅(qū)動(dòng)力的影響,進(jìn)行了MFC的平板驅(qū)動(dòng)仿真與試驗(yàn),分析并驗(yàn)證了兩種宏纖維復(fù)合材料驅(qū)動(dòng)方程的適用性。2)提出了一種基于MFC的斜拉索附加彎矩減振方法,將MFC沿斜拉索軸向?qū)ΨQ(chēng)粘貼,使得MFC對(duì)斜拉索施加附加彎矩。將MFC提供的附加彎矩等效為垂直于斜拉索的分布力,并以此建立了斜拉索動(dòng)力學(xué)方程。3)分別運(yùn)用平衡截?cái)嗄Ｐ徒惦A方法與H_2范數(shù)降階方法對(duì)斜拉索模型進(jìn)行降階并對(duì)比,選取平衡截?cái)嗄Ｐ徒惦A方法的結(jié)果進(jìn)行振動(dòng)控制仿真。4)分別運(yùn)用PID控制方法和模糊PID控制方法完成了斜拉索的主動(dòng)控制仿真,結(jié)果表明模糊PID控制的效果更優(yōu),說(shuō)明MFC控制斜拉索振動(dòng)是可行的。
【圖文】：

1.1 課題研究的背景、目的和意義隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)交通的要求也在逐步地提高，我國(guó)需要建設(shè)更多的大跨度橋梁來(lái)完善交通網(wǎng)絡(luò)。因此，橋梁的跨越能力成為了選擇橋梁類(lèi)型的重要指標(biāo)之一。斜拉橋因具有造型優(yōu)美、簡(jiǎn)約與跨越能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，成為大跨度橋梁結(jié)構(gòu)的主要橋型之一。世界上第一座現(xiàn)代斜拉橋——Stromsund 橋是上個(gè)世紀(jì)五十年代由 F.Dishinger 設(shè)計(jì)建造的，，它的建成標(biāo)志著斜拉橋發(fā)展的開(kāi)始[1]。我國(guó)建造的時(shí)間較晚，于上個(gè)世紀(jì)七十年代年建成了第一座斜拉橋——四川省云陽(yáng)橋。進(jìn)入二十一世紀(jì)后，我國(guó)開(kāi)始大力修建斜拉橋，經(jīng)過(guò)多年的建造實(shí)踐，我國(guó)建造斜拉橋的水平已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了世界領(lǐng)先。目前，我國(guó)已經(jīng)成為世界上大跨度斜拉橋數(shù)量最多的國(guó)家，世界上十個(gè)最大跨徑的斜拉橋，其中有六座屬于我國(guó)，分別為滬通長(zhǎng)江大橋、蘇通大橋、香港昂船洲大橋、鄂東長(zhǎng)江大橋、上海長(zhǎng)江大橋與南京長(zhǎng)江三橋。由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，在未來(lái)的幾十年里，我國(guó)大跨度橋梁建設(shè)依然會(huì)保持高速增長(zhǎng)。

7圖1-3 直升機(jī)旋翼葉片模型風(fēng)洞試驗(yàn)國(guó)外學(xué)者 Carlos、Debashis 與 Brown[23]-[24]共同合作使用壓電纖維復(fù)合材料與碳纖維復(fù)合材料進(jìn)行無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)。2009 年，瑞士學(xué)者 RolfParadies[25]基于結(jié)構(gòu)流體動(dòng)力學(xué)耦合模型，將壓電宏纖維復(fù)合材料作為驅(qū)動(dòng)器鋪設(shè)于無(wú)人機(jī)主動(dòng)機(jī)翼模型上，對(duì)模型分別進(jìn)行靜力、動(dòng)力試驗(yàn)的探索性研究，同時(shí)對(duì)機(jī)翼扭轉(zhuǎn)變形進(jìn)行了仿真模擬，以此優(yōu)化了機(jī)翼輪廓。附有 MFC 的無(wú)人機(jī)機(jī)翼及模型如圖 1-4、1-5 所示。圖1-4 無(wú)人機(jī)主動(dòng)機(jī)翼模型MFC布置圖
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：U448.27

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本文編號(hào)：2635490