压电摩擦阻尼器隔震结构地震响应及控制分析

摘要

近年来基础隔震由于构造简单、原理明了、效果显著等优点得到了长足的发展，成为结构抗震发展的新趋势。同时压电材料以其突出的特点也成为结构振动控制领域的一个研究热点。本文中提出利用压电材料的特性制成压电摩擦阻尼器，利用其摩擦力可控的特性与叠层橡胶垫组成一种新型的可控的智能隔震系统，以期得到更好的控制效果，降低地震对结构的破坏。 本文进行了理论分析和计算机仿真分析，验证这套系统的可行性和有效性，为进一步研究压电材料在振动控制中的应用提供了理论基础，其主要内容有：首先，根据压电材料的特性并借鉴以往摩擦阻尼器的设计经验，本文中提出了一种阻尼力可控的压电摩擦阻尼器，并根据压电材料的本构关系推导了它的阻尼力模型，为它的应用提供了理论依据，同时还分析了影响阻尼器特性的一些因素。 其次，根据压电摩擦阻尼器的特性，本文中选择了LQR控制算法及广义预测控制算法(GPC)作为半主动控制的控制算法，将半主动控制算法(Semi3)作为输出策略，分析了两种算法的特点及推导过程，并将其应用到土木工程振动控制中。 最后，本文将压电摩擦阻尼器与叠层橡胶垫组成智能隔震系统，并将其应用于一实例当中，以LQR控制算法及GPC控制算法作为此套系统的控制算法。应用MATLAB语言编制时程分析程序进行模拟地震情况下上部结构的反应，并与非隔震结构及被动隔震结构进行了对比，以验证这套隔震系统的隔震效果。 通过分析，本文中提出的这套隔震系统能够大大减小地震作用对结构的破坏，在减小层间位移的同时，大大的减小上部结构的最大加速度，同时由于其阻尼力可调的特性，使得这套系统无论是常遇地震还是罕遇地震都能发挥很好的控震效果。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1本文研究背景

1.2基础隔震技术的原理及研究现状

1.2.1基础隔震结构体系

1.2.2隔震体系的种类及研究现状

1.3压电材料在结构振动控制中的应用

1.4本文的主要内容

第二章压电摩擦阻尼器的性能研究

2.1压电智能材料的发展及应用

2.1.1压电材料的种类及特性

2.1.2压电材料的发展

2.1.3压电材料的工程应用

2.2压电陶瓷驱动器

2.2.1压电陶瓷驱动器的特点

2.2.2压电陶瓷本构关系

2.2.3压电陶瓷驱动器分类

2.3压电摩擦阻尼器

2.3.1多层式压电陶瓷驱动器的性能

2.3.2已有压电摩擦阻尼器简介

2.3.3压电摩擦阻尼器简介

2.3.4压电摩擦阻尼性能影响分析

2.3.5模拟分析小结及有待进一步进行的研究

第三章结构振动控制算法

3.1预测控制原理

3.1.1预测控制简介

3.1.2广义预测控制算法

3.1.3预测控制算法参数设计

3.1.4结构振动预测控制算法

3.2线性二次型经典最优控制(LQR)

3.3输出控制策略

第四章压电摩擦阻尼器隔震结构的地震反应分析

4.1压电摩擦阻尼器隔震体系的介绍

4.2压电摩擦阻尼器隔震结构地震反应的分析方法

4.2.1基础隔震结构的时程分析法

4.2.2时程分析程序的编制

4.3计算实例及分析

4.4压电摩擦阻尼器隔震系统参数分析

4.4.1(LQR)算法的影响因素

4.4.2预测控制算法的影响因素

4.4.3两种控制算法的比较

第五章结论与展望

致谢

参考文献