基于压电摩擦阻尼器的输变电塔模型结构振动台试验研究

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随着智能材料的发展和进步,一些研究人员已经研制出了一些智能摩擦阻尼器并将其与不同控制理论相结合,使得智能摩擦阻尼器的耗能能力得到了更大的发挥,取得了较好的减震控制效果。本文在前人工作的基础上,利用压电陶瓷材料特殊的物理力学性能,设计制作了一种新型压电摩擦阻尼器并对其进行了试验研究和分析,提出了适用于该压电摩擦阻尼器的半主动控制策略,同时对安装有新型压电摩擦阻尼器的输变电塔模型结构进行了模拟地震振动台试验,得出了一些有新意的研究结论和建议。本文的主要研究工作如下:(1)简述了被动控制理论、主动控制理论、半主动控制理论以及混合控制理论的减震机理,分析了各种控制方法的异同,同时介绍了压电陶瓷材料的物理力学性能和摩擦阻尼器的基本原理,并利用其特点和考虑复位等问题,设计制作了一种新的压电摩擦阻尼器,分析了文中压电摩擦阻尼器的工作原理和构造方法。(2)进行了文中压电摩擦阻尼器在不同压电陶瓷数量、不同预压力和不同输入电压下的力学性能试验。结果表明,随着数量不同压电陶瓷输入电压的增加,阻尼器正压力均随之增加,并近似呈线性关系;预压力的变化对阻尼器的出力影响不大,阻尼器的加载-卸载曲线基本吻合,与压电陶瓷的力学性能相似,说明文中研发的阻尼器工作效率较高,性能稳定。(3)从模糊控制基本原理出发,建立了适用于文中阻尼器的以速度为输入变量的T-S型模糊控制系统。通过MATLAB仿真分析,对该以速度为输入变量的T-S型模糊控制系统的有效性和准确性进行了验证。结果表明,该控制系统输入变量简单,操作方便,控制效果明显,一般情况下的位移控制效果在30%以上,速度控制效果在20%以上。(4)为验证文中研发压电摩擦阻尼器和所建立半主动控制方法的有效性,对安装有该压电摩擦阻尼器的输变电塔模型结构进行了模拟地震振动台试验,研究了模型结构在0.2g、0.4g、0.8g正弦波和EL-CENTRO地震波的不同工况下的减震控制效果。结果表明,模型结构X、Y方向位移控制效果平均值分别为19.02%和19.56%,加速度控制效果平均值分别为17.20%和20.26%,可见控制效果比较明显,说明文中研发的阻尼器和提出的控制方法合理有效,可供工程应用参考。
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