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        自供電MR阻尼器對斜拉索減振的試驗研究

        2017-06-05 23:18:52汪志昊陳政清趙洋吳澤玉
        振動工程學(xué)報 2017年2期

        汪志昊 陳政清 趙洋 吳澤玉

        摘要:為簡化磁流變(MR)阻尼器斜拉索減振系統(tǒng),同時提高可靠性,基于電磁式振動能量回收技術(shù)構(gòu)建了具有自供電特性的MR阻尼器斜拉索減振系統(tǒng)。其主要由分別安裝在拉索較低、較高位置的電流調(diào)節(jié)式MR阻尼器、旋轉(zhuǎn)式永磁發(fā)電機構(gòu)成,采用鏈條一鏈輪機構(gòu)進行斜拉索面內(nèi)往復(fù)直線運動與電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)運動的轉(zhuǎn)化,將電機回收的振動能量直接作為MR阻尼器的電源。模型斜拉索減振試驗結(jié)果表明:相對外供電MR阻尼器最優(yōu)被動控制,自供電MR阻尼器除斜拉索第1階模態(tài)減振效果基本相當外,自供電MR阻尼器對斜拉索第2~4階模態(tài)減振效果突出,相應(yīng)的模態(tài)阻尼比分別提高了31.8%、37.4%與43.O%;隨著斜拉索模態(tài)階次的逐漸增大,自供電MR阻尼器的負剛度控制特性越加凸顯,從而顯著提高了自供電MR阻尼器對斜拉索高階模態(tài)的減振效果。

        關(guān)鍵詞:斜拉索;振動控制;自供電MR阻尼器;振動能量回收;負剛度

        引言

        斜拉索的有效減振技術(shù),對斜拉橋的安全運營至關(guān)重要。理論分析與工程實踐均表明,在斜拉索兩端安裝外置式阻尼器是一種較為有效的減振方式。被動阻尼器對斜拉索的振動控制,由于強烈受阻尼器安裝高度的限制,且無法同時對拉索多階模態(tài)實現(xiàn)最優(yōu)控制,因此減振效果往往受限。近年來,基于MR阻尼器的拉索半主動控制逐漸興起。

        在MR阻尼器的斜拉索被動控制方面:何旭輝等、周??〉确謩e開展了實橋斜拉索人工激振作用下的減振效果試驗;王浩等開展了臺風(fēng)激勵下斜拉索減振效果實測,證實了蘇通大橋斜拉索減振系統(tǒng)的有效性。在MR阻尼器的拉索半主動控制理論研究方面:王修勇等、周強等與Huang等分別提出了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、平衡邏輯與模態(tài)阻尼比實時最大化等控制算法;在MR阻尼器的斜拉索半主動控制試驗研究方面:Duan等、李惠等、christenson等、禹見達等與weber等分別驗證了狀態(tài)微分反饋控制、限界最優(yōu)控制、LQG-Clipped最優(yōu)控制、位移延時反饋控制、負剛度控制等算法的減振效果。上述理論與試驗研究均表明:MR阻尼器半主動控制對斜拉索振動具有更優(yōu)越的減振效果。

        現(xiàn)有MR阻尼器均為電磁調(diào)節(jié)式,需要配置可靠的供電系統(tǒng),制約了其在橋梁工程中的廣泛應(yīng)用?;厥战Y(jié)構(gòu)的振動能量作為結(jié)構(gòu)振動控制的能量源,是一種極富前景的解決途徑。Kim等、sapiflski與蔣學(xué)爭等分別基于直線電機原理集成了自供電MR阻尼器;關(guān)新春等則采用壓電能量回收技術(shù)構(gòu)建了自適應(yīng)MR阻尼器控制系統(tǒng)。

        本文在前期自供電MR阻尼器研制的基礎(chǔ)上,開展了自供電MR阻尼器對模型斜拉索的減振效果試驗,并闡述了自供電MR阻尼器對斜拉索的減振機理以及相對現(xiàn)有斜拉索減振技術(shù)的優(yōu)越性。

        1.自供電MR阻尼器拉索減振系統(tǒng)

        前期自供電MR阻尼器試驗結(jié)果與定性分析表明:基于旋轉(zhuǎn)式電機振動能量回收技術(shù)集成的自供電MR阻尼器被動控制性能優(yōu)越,兼具速度反饋與離復(fù)位控制特性,體現(xiàn)出智能控制的特點。進一步的斜拉索減振仿真分析結(jié)果表明:只有當MR阻尼器與電機安裝在不同位置(激振源不同)時,MR阻尼器的位移與輸入電壓才會存在趨于同相位的趨勢,此時自供電MR阻尼器方可體現(xiàn)出負剛度特性。另有研究表明:負剛度特性是MR阻尼器等半主動控制裝置往往能夠?qū)崿F(xiàn)主動控制裝置減振效果的重要原因,也是增強MR阻尼器拉索減振效果的重要途徑。因此,本文構(gòu)建的自供電MR阻尼器斜拉索減振系統(tǒng)將MR阻尼器與能量回收電機安裝在拉索的不同位置,以期望實現(xiàn)自供電MR阻尼器的負剛度控制。

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