基于MR-TMD的结构地震和风振反应控制分析

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本论文应用半主动质量MR-TMD控制装置控制效果好、有效减振频带宽的特点,以某标志塔为工程背景,研究了MR-TMD控制装置在高耸结构风振、地震控制中的减振效果,并与同质量块的调谐质量阻尼器(TMD)、同质量同权系数的主动质量驱动器(AMD)的控制效果进行分析比较。 本文介绍了MR智能材料及MR阻尼器的特性,并详细介绍了几种主要的MR阻尼器的力学模型分析了各种模型的优缺点,特别是通过比较分析并结合实验分析结果详细介绍了本文的MR阻尼器所采用的修正的Bingham模型。 总结了双出杆剪切阀式MR阻尼器的设计原则和实用设计方法,为本文MR-TMD中的MR阻尼器的设计奠定了理论基础。总结了半主动仿真分析的注意要点和参数确定原则。 通过分析单自由度结构MR-TMD控制,系统研究了MR-TMD控制装置的减振性能。分析比较了几种半主动控制算法的不同控制效果。研究表明:MR-TMD对结构动力反应有很好的控制效果;MR-TMD的有效减振频带宽度比传统TMD更宽;不同控制算法对减振效果有一定影响;MR阻尼器参数对MR-TMD的控制效果影响较大。 基于河南艺术中心标志塔这一具体的工程实例,分析MR-TMD控制装置对实际高耸结构由风和地震荷载引起振动的控制效果。针对塔的结构特性,对该标志塔进行自由度简化,将三维实体结构模型缩聚为二维的11自由度集中质量模型;仿真分析MR-TMD控制系统对该塔的风振、地震控制效果,同时对比与MR-TMD具有相同质量块的被动TMD控制、主动AMD控制的控制效果。给出了MR-TMD、AMD在结构输入风荷载激励下的实际控制力,在此基础上确定了MR阻尼器各项参数;同时对比了MR-TMD、AMD实现最优控制效果所需的外部能量。
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