电磁惯质阻尼器的力学模型及对斜拉索减振研究

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斜拉索作为斜拉桥的主要受力构件,自身具有质量轻、柔性大、阻尼小等不足。斜拉索极易在地震荷载、风雨激励、参数激励下产生大幅振动,这极大的降低了斜拉索桥的安全性和使用寿命。阻尼器能够有效减轻或抑制由外部激励引起的拉索振动。然而传统的阻尼器存在诸多不足使其耗能降低。针对这些不足,本文提出一种新型阻尼器—电磁惯质阻尼器(Electromagnetic Inerter Damper,EMID),并对其进行力学性能分析和斜拉索减振试验研究。本文研究的主要内容包括:(1)简要介绍国内外斜拉桥拉索的振动控制、研究背景及现状,明确论文研究内容和研究意义。(2)介绍基于滚珠丝杆为核心传动装置的电磁惯质阻尼器基本构成;分析其力学模型,理论仿真与试验分析力学模型的可行性;分析惯质、振幅、外激频率、电磁阻尼对EMID力学性能的影响。(3)通过微分方程建立拉索-EMID系统的运动方程;运用复特征值方法得到其解析式,并求得拉索模态阻尼比近似解析解;分析各模态下惯质与无量纲阻尼系数对应的最优模态阻尼比。(4)通过Hamlton原理建立能量方程进而推导系统运动方程,依据最优控制原理,提出线性二次型最优性能指标,求解最优控制力。通过LQR控制算法,固定Q,变化R得到前三阶模态阻尼比与权重系数R的关系。通过范数最小求得不同惯质对应的最优阻尼系数。本文仿真计算了洞庭湖大桥A10号索不同惯质下的最优阻尼系数。(5)开展实索现场试验,分析EMID在简谐激励和自由振动下惯质与电磁阻尼对拉索减振效果。
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