• 
    

    
    

      99热精品在线国产_美女午夜性视频免费_国产精品国产高清国产av_av欧美777_自拍偷自拍亚洲精品老妇_亚洲熟女精品中文字幕_www日本黄色视频网_国产精品野战在线观看 ?

      主動轉(zhuǎn)動慣量驅(qū)動控制系統(tǒng)對多類型災(zāi)害源激勵懸吊結(jié)構(gòu)擺振響應(yīng)控制研究

      2019-12-23 05:26:28張春巍
      振動與沖擊 2019年23期
      關(guān)鍵詞:擺角時程振動臺

      張春巍,王 昊

      (青島理工大學(xué) 土木工程學(xué)院,山東 青島 266033)

      傳統(tǒng)的防災(zāi)設(shè)計中,通常都是將各種災(zāi)害效應(yīng)分開考慮,單獨進行設(shè)計,或者僅考慮結(jié)構(gòu)物在地震作用下的防災(zāi)設(shè)計,忽視了結(jié)構(gòu)物面對多種災(zāi)害的綜合需求[1-3]。動力多災(zāi)害作用,往往比單一災(zāi)害更為復(fù)雜,其破壞性也更為嚴重。在地震、火災(zāi)、風(fēng)災(zāi)、爆炸、沖擊等單一災(zāi)害來源的工程結(jié)構(gòu)性能與設(shè)計方面,相關(guān)研究領(lǐng)域已經(jīng)取得了豐富的成果,但如何提高工程結(jié)構(gòu)在動力多災(zāi)害作用下的抗災(zāi)能力和可恢復(fù)性,降低其損傷,減輕災(zāi)害損失,目前仍鮮有研究。多災(zāi)害的概念包含但不限于對“災(zāi)害組合”的考慮。由于各種災(zāi)害的性質(zhì)、發(fā)生概率、后果、結(jié)構(gòu)抗災(zāi)對策與設(shè)計理念都存在很大差別,通常而言,“多災(zāi)害”主要包含多種單一災(zāi)害如在設(shè)計中考慮結(jié)構(gòu)對地震、海浪沖擊、強風(fēng)等多種災(zāi)害單一作用效應(yīng),以及可能同時或時間上前后連續(xù)發(fā)生的不同災(zāi)害的組合,如地震與海嘯、強風(fēng)與海浪等2種及以上災(zāi)害同時或連續(xù)作用[4-5]。

      懸吊結(jié)構(gòu)的擺振是一種典型且常見的運動形式,根據(jù)吊點與結(jié)構(gòu)運動方向的關(guān)系主要分為3種運動形式:平動懸吊模式、轉(zhuǎn)動懸吊模式以及平動與轉(zhuǎn)動耦合懸吊模式。大量的研究和實踐證明,常見的振動控制裝置,如調(diào)諧質(zhì)量阻尼器TMD(Tuned Mass Damper)、主動質(zhì)量阻尼器AMD(Active Mass Damper),在控制結(jié)構(gòu)的平動方面具有良好的控制效果[6-12]。對于懸吊結(jié)構(gòu)的振動控制問題,TMD、AMD等傳統(tǒng)的控制裝置在平動懸吊模式的擺振控制中控制效果較好,但是在轉(zhuǎn)動懸吊模式的擺振控制中基本無效[13]。

      另外,此前的研究都是基于常見單一工況下的性能試驗,驗證控制系統(tǒng)的性能,該方法由于注重系統(tǒng)自身構(gòu)造的設(shè)計而容易忽視外部荷載對結(jié)構(gòu)性能的影響,無法全面評價控制系統(tǒng)的性能。如,TRID控制系統(tǒng)在某種頻率正弦激勵下可以發(fā)揮出較好的控制作用,而在不同類型單一災(zāi)害源激勵結(jié)構(gòu)的控制效果,如地震動輸入、海洋波浪激勵,尚沒有進行系統(tǒng)深入的研究。

      本文基于文獻中的TRID控制系統(tǒng)的概念,提出了主動轉(zhuǎn)動慣量驅(qū)動控制系統(tǒng)(Active Rotary Inertia Driver,ARID)概念,建立了ARID系統(tǒng)在懸吊結(jié)構(gòu)吊點激勵作用下系統(tǒng)的簡化分析模型,本文針對ARID系統(tǒng),考慮多類型災(zāi)害源激勵結(jié)構(gòu)的單一災(zāi)害振動控制機理,通過理論分析、數(shù)值模擬以及振動臺模型試驗,系統(tǒng)全面研究ARID系統(tǒng)在懸吊結(jié)構(gòu)多類型災(zāi)害源激勵結(jié)構(gòu)擺振響應(yīng)的控制方案及其控制性能,從機理上證明ARID系統(tǒng)對多類型災(zāi)害源激勵結(jié)構(gòu)擺振響應(yīng)控制應(yīng)用的可行性。

      1 懸吊結(jié)構(gòu)——ARID系統(tǒng)簡化分析模型

      建立如圖1所示的ARID系統(tǒng)簡化分析模型,該結(jié)構(gòu)體系有2個自由度:懸吊結(jié)構(gòu)的擺動角度θ、ARID系統(tǒng)的驅(qū)動裝置驅(qū)動轉(zhuǎn)動慣量圓盤相對地面的轉(zhuǎn)角φ。圖1中l(wèi)為懸吊結(jié)構(gòu)的擺長,m為懸吊質(zhì)點的質(zhì)量,ma為轉(zhuǎn)動慣量圓盤的質(zhì)量,Ja為ARID系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量圓盤的轉(zhuǎn)動慣量,c為懸吊結(jié)構(gòu)體系的阻尼系數(shù),ca為ARID系統(tǒng)的阻尼系數(shù),ka為ARID系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動剛度系數(shù),ax0(t)為吊點處激勵的加速度,Ma(t)為ARID系統(tǒng)的輸出轉(zhuǎn)矩。該體系的運動方程:

      (1)

      (2)

      式(2)中包含ARID系統(tǒng)的阻尼力、抗扭轉(zhuǎn)力以及輸出主動控制力,通常情況下,驅(qū)動裝置選用為直流伺服電機時,其阻尼力和抗扭轉(zhuǎn)力與其他作用力相比非常小,可以忽略不計。

      圖1 懸吊結(jié)構(gòu)及其擺振控制ARID系統(tǒng)簡化分析模型

      Fig.1 Simplified analysis model of suspended structure with the ARID system

      本文設(shè)定順時針擺動為正,假定懸吊結(jié)構(gòu)在小于正負90°的范圍內(nèi)擺動,令sinθ≈θ,cosθ≈1,可將體系原非線性運動方程線性化為:

      (3)

      (4)

      成果表包括界樁登記表、三交點界樁登記表、界樁成果表、界址點成果表、三交點成果表和界線協(xié)議書附圖備考表。參考1998年陜西省各鄉(xiāng)鎮(zhèn)聯(lián)合勘界相關(guān)成果,對邊界線上的界線名稱、邊界點名稱、編號、坐標及行政歸屬等內(nèi)容形成不同制式表格模板,方便信息錄入、管理與查詢。

      2 ARID系統(tǒng)擺振控制的振動臺模型試驗

      2.1 試驗系統(tǒng)概念設(shè)計

      基于上述簡化分析模型、運動方程及控制算法,設(shè)計了控制系統(tǒng)的主動控制概念關(guān)系如圖2所示。為了保證控制效果,整個系統(tǒng)采用閉環(huán)控制,控制系統(tǒng)可以根據(jù)結(jié)構(gòu)實時響應(yīng)及時調(diào)整控制力輸出的大小。采用單軸振動臺作為激勵裝置,在以上閉環(huán)控制概念的基礎(chǔ)上,還需要設(shè)計結(jié)構(gòu)響應(yīng)的數(shù)據(jù)采集裝置、出力裝置以及相應(yīng)的控制器。設(shè)計如圖3(a)所示的試驗系統(tǒng),擺角即為結(jié)構(gòu)的響應(yīng),選取光電編碼器與結(jié)構(gòu)吊端固定連接,結(jié)構(gòu)帶動光電編碼器轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動即可采集結(jié)構(gòu)的擺角。如圖3(b)所示為出力裝置設(shè)計原理圖,出力裝置選用直流伺服電機,驅(qū)動轉(zhuǎn)動慣量圓盤發(fā)生回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動,從而產(chǎn)生作用于結(jié)構(gòu)的控制力。控制器選用計算機和功放,根據(jù)結(jié)構(gòu)的響應(yīng)控制電機驅(qū)動轉(zhuǎn)動慣量圓盤回轉(zhuǎn)運動。

      圖2 ARID系統(tǒng)主動控制概念關(guān)系圖

      2.2 多種工況振動臺試驗系統(tǒng)

      基于前期針對AMD的研究和試驗系統(tǒng)的概念設(shè)計,懸吊結(jié)構(gòu)ARID系統(tǒng)試驗采用Quanser單軸振動臺及配套的硬件/軟件,驅(qū)動器選用Maxon公司生產(chǎn)的直流電機及行星減速箱。分別選用US Digital公司和Maxon公司生產(chǎn)的光電編碼器測量結(jié)構(gòu)擺角和轉(zhuǎn)動慣量圓盤的轉(zhuǎn)角,采樣分辨率分別為0.087 9°和0.18°。如圖4(a)所示,結(jié)構(gòu)懸吊端安裝在光電編碼器轉(zhuǎn)軸上,通過光電編碼器實時測量結(jié)構(gòu)的擺角;另外一個光電編碼器安裝在驅(qū)動器上,其轉(zhuǎn)軸與驅(qū)動器同軸轉(zhuǎn)動。Quanser Shake TableⅡ為單軸小型振動臺,最大加速度為2.5 g,兩側(cè)最大行程為7.5 cm,最大使用頻率為10 Hz,達到最大加速度時,最大可承載質(zhì)量為7.5 kg。電機主要參數(shù)為:額定電壓24 V,空載轉(zhuǎn)速8 810 r/min,額定轉(zhuǎn)速8 050 r/min,額定轉(zhuǎn)矩85.6 mN·m,堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩1 020 mN·m,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量33.5 g·mm2;行星減速箱主要參數(shù)為:減速比3.7∶1,最大連續(xù)扭矩為0.75 Nm,轉(zhuǎn)動慣量1.5 g·mm2。

      (a)振動臺試驗系統(tǒng)圖(b)ARID設(shè)計原理圖

      圖3 ARID懸吊結(jié)構(gòu)振動臺試驗系統(tǒng)簡圖

      Fig.3 Sketch diagram of the ARID suspended structure shaking-table experimental system

      3 振動臺試驗結(jié)果與數(shù)值模擬對比分析

      共設(shè)計了5種工況振動臺模擬試驗,分別是:正弦激勵輸入下結(jié)構(gòu)自由衰減振動、正弦激勵輸入下結(jié)構(gòu)強迫振動、正弦掃頻激勵、模擬地震動El Centro地震波輸入、模擬海洋波浪激勵。每種工況進行ARID控制系統(tǒng)開啟和關(guān)閉兩種狀態(tài)下的對比試驗。同時,利用MATLAB/Simulink建模,進行基于多類型災(zāi)害源激勵結(jié)構(gòu)振動臺試驗的數(shù)值模擬。

      (b) 懸吊結(jié)構(gòu)試驗構(gòu)造圖

      (c) 出力裝置照片

      圖4 ARID振動臺試驗系統(tǒng)圖

      Fig.4 The ARID shaking table experimental system

      3.1 正弦激勵輸入下結(jié)構(gòu)自由衰減振動

      試驗實施方式如下:共計采集數(shù)據(jù)時間為40 s,輸入振動臺正弦激勵波形,幅值20 mm,頻率0.65 Hz,激勵時間為15 s。采樣時間內(nèi),前15 s ARID處于關(guān)閉狀態(tài),第15 s時刻振動臺停止運行,ARID開機運行或依然保持關(guān)機,直至40 s,采樣結(jié)束。對比采樣時間段內(nèi),15 s之后開啟ARID控制系統(tǒng)與否的試驗結(jié)果。試驗與數(shù)值模擬對比結(jié)果,如圖5所示。

      (a) 試驗擺角時程曲線

      (b) 數(shù)值模擬擺角時程曲線

      (c) 無控狀態(tài)試驗?zāi)M擺角時程曲線對比

      (d) 有控狀態(tài)試驗?zāi)M擺角時程曲線對比

      (e) 頻域?qū)Ρ确治銮€

      圖5 正弦激勵輸入下結(jié)構(gòu)自由衰減振動結(jié)果

      Fig.5 The results of free decay of structural response under sinusoidal excitation

      3.2 正弦激勵輸入下結(jié)構(gòu)強迫振動

      試驗實施方式:輸入振動臺正弦激勵波形,幅值為20 mm,頻率為0.65 Hz。保持ARID系統(tǒng)關(guān)閉,設(shè)置振動臺運行80 s;保持ARID開啟,設(shè)置振動臺運行80 s。采集擺角,對比ARID開啟與否的試驗結(jié)果。試驗與數(shù)值模擬對比結(jié)果,如圖6所示。

      (a) 試驗擺角時程曲線

      (b) 數(shù)值模擬擺角時程曲線

      (c) 無控狀態(tài)試驗?zāi)M擺角時程曲線對比

      (d) 有控狀態(tài)試驗?zāi)M擺角時程曲線對比

      (e) 頻域?qū)Ρ确治銮€

      圖6 正弦激勵輸入下結(jié)構(gòu)強迫振動結(jié)果

      Fig.6 The results of forced vibration of structural response under sinusoid excitation

      3.3 正弦掃頻激勵

      試驗實施方式:輸入振動臺幅值為10 mm,初始頻率0.4 Hz,結(jié)束頻率1.5 Hz,總時間110 s的掃頻波形,進行ARID開啟與關(guān)閉狀態(tài)下的試驗,對比試驗結(jié)果。試驗與數(shù)值模擬對比結(jié)果,如圖7所示。

      (a) 試驗擺角時程曲線

      (b) 數(shù)值模擬擺角時程曲線

      (c) 無控狀態(tài)試驗?zāi)M擺角時程曲線對比

      (d) 有控狀態(tài)試驗?zāi)M擺角時程曲線對比

      (e) 頻域?qū)Ρ确治銮€

      圖7 正弦掃頻激勵結(jié)果

      Fig.7 The results of structural response under sinusoidal sweep excitation

      3.4 模擬地震動El Centro地震波輸入

      試驗實施方式:輸入模擬地震動波形為El Centro地震波,采樣總時長為40 s,進行ARID開啟與關(guān)閉狀態(tài)下的試驗,對比試驗結(jié)果。試驗與數(shù)值模擬對比結(jié)果,如圖8所示。

      (a) 試驗擺角時程曲線

      (b) 數(shù)值模擬擺角時程曲線

      (c) 無控狀態(tài)試驗?zāi)M擺角時程曲線對比

      (d) 有控狀態(tài)試驗?zāi)M擺角時程曲線對比

      (e) 頻域?qū)Ρ确治銮€

      圖8 模擬地震動El Centro地震波輸入結(jié)果

      Fig.8 The results of structural response under El Centro seismic excitation

      3.5 模擬海洋波浪輸入

      試驗方式為:選取高斯平穩(wěn)白噪聲作為加速度信號,通過處理生成隨機海浪波譜輸入振動臺,模擬海洋波浪荷載進行ARID開啟與關(guān)閉狀態(tài)下的試驗,對比試驗結(jié)果。試驗與數(shù)值模擬對比結(jié)果,如圖9所示。

      (a) 試驗擺角時程曲線

      (b) 數(shù)值模擬擺角時程曲線

      (c) 無控狀態(tài)試驗?zāi)M擺角時程曲線對比

      (d) 有控狀態(tài)試驗?zāi)M擺角時程曲線對比

      (e) 頻域?qū)Ρ确治銮€

      圖9 模擬海洋波浪輸入結(jié)構(gòu)結(jié)果

      Fig.9 The results of structural response under ocean wave excitation

      3.6 試驗與數(shù)值模擬結(jié)果對比分析

      根據(jù)以上試驗結(jié)果以及基于試驗的數(shù)值模擬結(jié)果,可以發(fā)現(xiàn)試驗結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果吻合較好,無控模擬結(jié)果與試驗結(jié)果的吻合性優(yōu)于有控,ARID控制系統(tǒng)均表現(xiàn)出了較好的控制效果。試驗與模擬結(jié)果對比發(fā)現(xiàn),試驗得到的時程曲線比模擬結(jié)果有微小的時間延后現(xiàn)象,這是振動臺啟動時的時間滯后造成的。正弦激勵輸入下結(jié)構(gòu)自由衰減振動工況,在系統(tǒng)開啟后,懸吊結(jié)構(gòu)擺角很快消減,控制效果明顯;正弦激勵輸入下結(jié)構(gòu)強迫振動工況,有控狀態(tài)時,控制系統(tǒng)將擺動控制在很小的范圍內(nèi)且保持穩(wěn)定,控制系統(tǒng)起到了相當于“過濾”激勵的作用;正弦掃頻激勵工況,控制系統(tǒng)將結(jié)構(gòu)擺動控制在較小的范圍內(nèi),隨著激勵頻率的變化,擺動幅值有較小的波動;模擬地震動El Centro地震波輸入和模擬海洋波浪激勵工況,控制系統(tǒng)同樣可以將結(jié)構(gòu)擺動控制在很小的范圍內(nèi),當外部激勵加速度發(fā)生突變時,擺動會有“突變”,但控制系統(tǒng)依然可以將“突變”控制在較小的范圍內(nèi),同樣起到了“過濾”激勵的作用,控制效果明顯。各種工況結(jié)果比較如表1所示。

      峰值衰減率Peak值代表了ARID控制系統(tǒng)對擺角峰值的控制效果,均方根值衰減率RMS值代表了ARID系統(tǒng)對擺角擺幅離散程度的控制效果。定義兩項指標峰值衰減率(Peak)和均方根值衰減率(RMS)如下:

      如表1所示,ARID系統(tǒng)在不同工況下的控制效果非常明顯,均大大減小了結(jié)構(gòu)的最大擺角,試驗表明,ARID系統(tǒng)可以使結(jié)構(gòu)擺角減小90%以上;另外,保持ARID系統(tǒng)開啟,當結(jié)構(gòu)無初始擺角時,受到正弦、正弦掃頻、模擬地震動、模擬海浪激勵作用,結(jié)構(gòu)擺角被控制在10°以內(nèi),可以看出ARID系統(tǒng)具有很好的控制性能。

      表1 試驗與模擬結(jié)果對比表

      4 結(jié) 論

      本文針對所提出的主動轉(zhuǎn)動慣量驅(qū)動控制系統(tǒng)(ARID),設(shè)計了驗證ARID系統(tǒng)性能的多工況振動臺試驗,并進行基于多工況振動臺試驗的Simulink模擬仿真。通過試驗結(jié)果和模擬仿真結(jié)果,得到以下結(jié)論:

      (1) ARID系統(tǒng)多類型工況下振動臺試驗,通過對結(jié)構(gòu)模型施加不同類型的激勵作用,研究ARID系統(tǒng)在多類型災(zāi)害源激勵結(jié)構(gòu)擺振響應(yīng)控制的有效性。試驗結(jié)果表明,ARID系統(tǒng)在不同工況下均表現(xiàn)出了良好的控制效果,對懸吊結(jié)構(gòu)擺振響應(yīng)控制具有有效性。

      (2) 通過利用Simulink進行基于振動臺試驗的ARID系統(tǒng)模擬仿真,仿真結(jié)果與試驗結(jié)果吻合較好,驗證了試驗的可靠性。另外,進一步證明了ARID系統(tǒng)在懸吊結(jié)構(gòu)多類型災(zāi)害源激勵結(jié)構(gòu)擺振響應(yīng)控制的有效性。

      (3) 結(jié)構(gòu)在無初始擺角的條件下,受到外部激勵作用時,ARID系統(tǒng)可以將結(jié)構(gòu)擺角控制在很小的范圍內(nèi),作用效果受外部激勵的影響作用較小,起到了“過濾”激勵的作用,從而驗證了主動控制ARID控制系統(tǒng)閉環(huán)控制,受外界干擾小、性能好的優(yōu)越性。

      綜合考慮ARID控制系統(tǒng)的模型試驗和模擬結(jié)果可以發(fā)現(xiàn),ARID系統(tǒng)可以在多災(zāi)害源激勵作用下均表現(xiàn)出良好的控制效果,驗證了ARID系統(tǒng)的穩(wěn)定性和魯棒性,從機理上證明了該系統(tǒng)對多類型災(zāi)害源激勵結(jié)構(gòu)擺振響應(yīng)控制應(yīng)用的可行性,對今后多類型災(zāi)害下的防災(zāi)設(shè)計具有重要意義。

      猜你喜歡
      擺角時程振動臺
      基于振動臺試驗的通信機柜地震易損性分析
      模擬汶川地震動持時的空間分布規(guī)律研究
      地震研究(2019年4期)2019-12-19 06:06:32
      基于凱恩法的大擺角混聯(lián)機床并聯(lián)機構(gòu)的動力學(xué)分析
      劑量水平與給藥時程對豆腐果苷大鼠體內(nèi)藥代動力學(xué)的影響
      “蕩秋千”過程中常見物理現(xiàn)象分析
      應(yīng)用Mathematica計算單擺任意擺角下的振動曲線
      亞太教育(2016年35期)2016-12-21 19:41:42
      大型液壓離心振動臺控制策略的仿真研究
      420 kV避雷器振動臺抗震試驗
      改造NOx燃燒器降低煙氣中氮氧化物含量的試驗總結(jié)
      中國機械(2014年23期)2014-10-21 20:07:27
      慢性心衰患者QRS時程和新發(fā)房顫的相關(guān)性研究
      介休市| 华安县| 卢龙县| 西林县| 体育| 泾川县| 垫江县| 襄城县| 酒泉市| 株洲县| 都兰县| 马尔康县| 红原县| 亚东县| 巴中市| 双桥区| 雅安市| 灵川县| 科尔| 丹巴县| 威海市| 兴山县| 崇阳县| 公安县| 桑植县| 宜州市| 大悟县| 神农架林区| 探索| 内黄县| 南康市| 哈密市| 阳信县| 南丰县| 玛沁县| 嵊泗县| 和硕县| 九龙坡区| 高阳县| 大丰市| 菏泽市|