土木工程智能结构体系的研究与发展

近年来,由于我国建筑结构的不合理导致地震等灾害严重威胁了人民的生命以及财产,面对这种情况,我国政府联合相关部门在建筑结构抗震的研究中投入了大量的人力、物力以及财力,土木工程的结构控制体系也逐步从被动向主动发展。虽然土木工程的智能结构体系对于降低地震等灾害的影响是非常有帮助的,但是由于处于发展的初级阶段,该体系还有很多需要完善和发展的环节。本文从组成智能结构的原件入手,从多方面对该体系进行深入的介绍和研究,并对未来提出了相应的发展方向。     

超大跨悬索桥地震响应的综合最优控制研究

超大跨缆索支承桥梁通常选择隔震体系以减小桥塔的地震内力,但隔震体系会使得结构在强震下的梁端位移很大,必须采取控制措施以保证整体结构的抗震安全性。本文以主跨1 490 m的润扬悬索桥为研究对象,在对其地震响应特性进行分析的基础上,从振动控制的原理出发,探讨了控制超大跨悬索桥地震响应的具体的措施及参数选择,结合改进的层次分析法提出了地震响应综合最优控制的概念,构造了综合最优控制效果评估模型,并给出了该桥在给定地震输入下的综合最优控制措施。结果表明,对于超大跨悬索桥,在塔、梁间设置弹性连接装置或阻尼器都能减小梁端位移响应,但综合考虑其它部位的响应,阻尼器的减震效果更为全面。     

振动控制的发展及趋势

 描述了振动控制的主要发展过程及最新发展动向,介绍了机敏材料与智能结构,主动与半主动振动控制和杂合技术,同时还指出新的研究方向:形状记忆合金在振动控制研究的应用研究。     

磁流变阻尼器结构控制系统的开关控制

介绍了磁流变阻尼器的性能及恢复力模型,提出了两种简易可行的半主动控制策略.三层框架结构的地震反应分析表明,策略2优于策略1和被动控制,该控制方法能够有效减小结构的地震反应.     

立式圆柱形储罐滚动隔震试验

为了明确滚动隔震装置对立式圆柱形储罐的减震效果,利用地震模拟振动台进行立式圆柱形储罐模型试验。按照1∶4相似比设计立式圆柱形储罐罐体模型,在罐壁环向不同高度布置加速度传感器的测点,并输入El-Centro波、Pasadena波、金门地震波3种地震波,测得罐体加速度和提离位移,将其与未安装滚动隔震装置的传统抗震结构体系的立式圆柱形储罐进行对比分析。试验结果表明:采用隔震控制体系后,储罐底部的加速度响应降低49.49%~62.47%,可以按降低烈度进行抗震设计;滚动隔震对立式圆柱形储罐的提离高度有明显的降低效果,其中金门地震波作用下提离减震效果达到28.5%,而在El-Centro波和Pasadena波作用下提离减震效果超过76.6%,能有效防止储罐出现象足屈曲或大角焊缝开裂破坏。     

粘滞阻尼墙用于高层钢框架减震控制研究

为了研究粘滞阻尼墙对高层钢框架结构的减震控制效果,本研究采用SAP2000结构分析软件模拟钢框架结构的计算模型,进行无控和有控下结构地震响应的对比分析,来研究粘滞阻尼墙的减震效果。结果表明:钢框架中适量的布置粘滞阻尼墙是一种有效的减震方法。     

铅芯橡胶隔震桥梁结构的地震反应动力分析

以一端铰支一端滚动的简支桥和采用铅芯橡胶隔震支座的简支桥为研究对象,分别进行地震作用下的弹塑性动力反应分析。为考察铅芯橡胶隔震支座对桥梁隔震效果的影响,分别在隔震和未隔震情况下输入不同幅值的Elcentro地震波,计算出上部结构的加速度反应和相对位移。地震反应分析结果表明:动力分析中所用的结构计算模型、恢复力模型和参数及计算程序是可行的。通过对地震动力反应数据的分析,选择适当尺寸参数的铅芯橡胶支座作为隔震装置,改善结构动力特性,可以降低桥面及桥墩的地震响应,在整体上提高了结构的安全性及抗震性能,增强桥梁结构的抗震能力,从而得到较好的抗震效果。     

基于灰色理论的压电悬臂梁的振动主动控制研究

以灰色理论为基础,采用灰色预测控制方法,利用压电陶瓷片作为传感器和执行器对悬臂梁振动进行主动控制.分析了悬臂梁、压电传感器及驱动器的基本理论及灰色预测控制原理,设计了相应的实验系统,并搭建了实验平台.实验结果表明：利用灰色预测控制方法,对压电悬臂梁结构进行振动主动控制是可行的,且控制效果良好.     

基于灰色理论的压电悬臂梁的振动主动控制研究

以灰色理论为基础, 采用灰色预测控制方法, 利用压电陶瓷片作为传感器和执行器对悬臂梁振动进行主动控制. 分析了悬臂梁、压电传感器及驱动器的基本理论及灰色预测控制原理, 设计了相应的实验系统, 并搭建了实验平台. 实验结果表明: 利用灰色预测控制方法, 对压电悬臂梁结构进行振动主动控制是可行的, 且控制效果良好.     

屈曲约束支撑在高层钢框架结构中的减震控制研究

为了研究屈曲约束支撑在高层钢框架结构中的减震效果,利用有限元分析软件SAP2000分别对纯框架、普通支撑框架和屈曲约束支撑框架3种模型进行了罕遇地震作用下的非线性时程分析。通过对时程分析结果进行对比,得出了在高层钢框架结构中设置屈曲约束支撑可以大幅度提高结构的抗震性能。     

两个约束条件下允许外购的多产品报童问题

首先通过形状记忆合金的材性试验研究了其超弹性变形性能,并将其等效拟合为多线性模型,得到其计算参数.然后,提出了一种新型耗能增强型SMA阻尼器,说明了其构造,阐述了其工作原理和设计要点,推导了阻尼器的恢复力模型.最后通过有限元程序对设置该阻尼器的多层钢框架、对角设置SMA拉索的多层钢框架、普通钢框架进行了地震时程分析,对比研究了该阻尼器的消能减震能力.结果表明该阻尼器的滞回环非常饱满,耗能能力强,大震下对结构的位移和层间位移角控制效果显著.     

基于模糊控制的温室调节装置的研究

提出了一种基于模糊控制的温室系统温度控制策略及其实现方法,论述了控制结构参数的选择,根据已有经验归纳出控制规则的设计要点,并用相关的模糊逻辑构建出温度模糊控制器.实验结果表明,用模糊控制方式实现的温度调节系统在运行稳定性、响应速度等方面,控制性能明显优于传统的开关量控制系统,因此具有广泛的应用前景.     

基于模糊控制的麦芽干燥室温度控制系统设计

介绍了一种基于模糊控制的啤酒大麦麦芽干燥室温度控制系统的设计方法,论述了该控制系统的工作原理及参数的选择,MATLAB仿真结果表明,用模糊控制方式实现的温度调节系统在运行稳定性、响应速度等方面,控制性能较佳,而且成本低、实时性好,能有效降低系统能耗,具有广阔的开发应用前景.     

电视塔抗风控制

以大庆电视塔为例,通过Matlab/Simulink软件平台对电视塔进行了抗风控制研究,利用小波分析模型模拟出21条脉动风速时程,基于LQR算法,采用磁流变阻尼器作为半主动控制装置,分析了在风荷载作用下结构的半主动控制效果。结果表明:利用磁流变阻尼器进行振动控制可以有效减小结构的振动反应;Simulink仿真技术具有操作直观、高度可视化等特点,用于抗风控制研究将有很好的发展前景。     

卡尔曼滤波融合遗传PID控制算法在提高播种精度中的应用

为提高排种器的排种精度,在传统气吸式排种盘转速控制的基础上,设计了一套卡尔曼滤波融合遗传PID控制算法,通过PID控制算法实现排种盘电机转速的闭环控制,通过卡尔曼滤波算法滤除排种盘在转动过程中因振动和外界干扰等原因产生的噪声,并采用遗传算法快速准确的寻找PID控制过程中的最优控制参数.为验证算法的有效性,假设输入信号为单位阶跃信号,并在噪声大小为0.002和0.1的情况下分别进行了实验.在噪声为0.002时,传统PID控制响应波动值可达到1.5,遗传PID控制响应波动值最大仅为1.2;加入卡尔曼滤波后,传统PID控制输出响应趋于稳定的时间约为0.2 s,遗传PID控制的输出响应趋于稳定的时间约为0.08 s;同理,将噪声增大为0.1后,采用相同的实验方案进行实验,最终实验说明了卡尔曼滤波融合遗传PID控制算法在提高排种盘电机转速稳定性中的有效性.     

抢险救灾应急遥控索道遥控系统研发

为实现抢险救灾的快速应急和高度机械化及智能化,急需研制一种新型抢险救灾应急遥控索道,其主要设备是轻型遥控跑车。遥控跑车的关键技术是遥控系统,它包括电源、遥控电路、发射与接收控制等,研发了新型遥控系统,进行实验测试和应用分析,从而改善遥控系统的灵敏度、精确度和简便性,以满足抢险装备适用性、快速性和多功能性的要求。     

电磁弹射式森林消防炮的研究

研究了电磁弹射式森林消防炮的基本结构和控制方式,对其建立数学模型,并利用Maxwell2D电磁场有限元分析软件对该模型进行了仿真分析。结果表明:在设定的结构参数和控制方式下,电磁弹射式消防炮模型具有良好的动态性能。另外,探讨了电磁弹射式森林消防炮中直线电机动子的侧向力对消防炮结构产生的影响,以及动子永磁体的退磁问题。     

遥控自动立木整枝机运动控制系统

正确的控制逻辑是自动立木整枝机运动控制系统的关键技术.该文根据作业要求,研制了基于复杂可编程逻辑器件的自动立木整枝机运动控制系统.该系统采用自制的新型电动机位置动态检测装置,通过复杂数字逻辑运算及相应的闭环控制驱动电路,实现对人工林自动立木整枝机控制信号的分组、实时控制.该运动控制系统设计合理、控制逻辑准确,已成功应用于BSR Z23 001A人工林自动立木整枝机,工作可靠,使用效果良好.