学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

大跨空间结构动力灾变主动控制优化设计研究

作　者: 董元
导　师: 王社良
学　校: 西安建筑科技大学
专　业: 防灾减灾工程及防护工程
关键词: 超磁致伸缩材料 作动器 遗传算法 大跨空间结构 主动控制
分类号: TU352.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 72次
引　用: 1次
阅　读: 论文下载
 

内容摘要


随着科学技术的不断进步和经济的快速发展,大跨空间结构以其新颖的结构形式、优雅的建筑造型和强大的跨越能力,在国内外的研究与工程应用已日趋广泛,并且得到了迅猛发展。建筑物的跨度不断增大、高度不断增加以及结构形式的日益复杂,使得按传统方法设计的土木工程结构在强地震和强风等动力荷载作用下,很难避免结构发生损伤或破坏。将利用智能材料制作的驱动装置安装在土木工程结构的适当部位进行结构振动主动控制,可以有效地减轻结构在车辆、海浪、风、地震等动力作用下的动力反应和损伤积累,提高结构的抗灾性能。本文以超磁致伸缩材料(Giant Magnetostrictive Material,简称为GMM)为核心元件,探讨了GMM作动器的工作原理和优化设计方法,研制了一种可以应用于结构振动主动控制的GMM作动器,并对其与主体结构的优化布置方法进行了探讨,通过计算机模拟分析,验证了优化后的主动控制效果。其主要工作如下：(1)研究了GMM的变形机理及磁控特性,在此基础上,设计并制作了一种性能较好的GMM作动器,同时对这种作动器的主要磁力学性能进行了测试,分析了输出位移、输出力等与驱动电流的关系,探讨了高导磁套筒等因素对作动器性能的影响,总结了主要规律,为后续的研究和应用提供了依据。(2)基于遗传算法这一优化方法,对一平板网架结构主动抗震控制时作动器的布置位置进行了优化设计,利用MATLAB编写了适应度函数程序,并应用GADS工具箱进行了优化计算,在提高优化设计计算效率的同时,可以保证实现对结构的整体优化,避免陷入局部优化,达到了高效、经济对结构进行主动抗震控制的目的。(3)为了检验优化方法的有效性以及GMM作动器对结构抗震控制的有效性和适用性,应用MATLAB中的SIMULINK工具箱,对平板网架结构进行了主动抗震控制动力时程分析。通过结构在多种不同工况条件下控制效果的对比,验证了应用遗传算法对作动器布置位置优化的有效性。结果表明,应用GMM作动器进行结构抗震主动控制是可行的,一般情况下结构位移的控制效果可达50%左右。

全文目录


摘要  3-5
Abstract  5-9
第一章 绪论  9-17
  1.1 研究背景  9-15
    1.1.1 结构振动控制的种类  9-10
    1.1.2 作动器研究简介  10-11
    1.1.3 超磁致伸缩材料的研究现状  11-13
    1.1.4 智能优化算法的研究现状  13-15
  1.2 论文的研究内容  15-17
第二章 磁致伸缩材料的特性  17-26
  2.1 磁致伸缩材料的伸缩机理  17-21
  2.2 磁致伸缩材料的基本特性  21-23
  2.3 GMM的压磁方程  23-24
  2.4 小结  24-26
第三章 超磁致伸缩作动器的设计及性能试验  26-36
  3.1 GMM作动器的设计  26-31
    3.1.1 GMM棒的设计  26-28
    3.1.2 线圈的参数设计  28-29
    3.1.3 预压力装置设计  29-30
    3.1.4 GMM作动器  30-31
  3.2 GMM作动器输出性能试验研究  31-36
    3.2.1 试验内容  31-32
    3.2.2 实验设备及性能  32
    3.2.3 GMM作动器输出力性能试验研究  32-34
    3.2.4 GMM作动器输出位移性能试验研究  34-35
    3.2.5 小结  35-36
第四章 结构动力灾变主动控制的优化研究  36-49
  4.1 GMM作动器数目优化  36-37
  4.2 GMM作动器布置位置优化研究  37-42
    4.2.1 作动器的位置矩阵  37-39
    4.2.2 优化性能指标  39-40
    4.2.3 遗传算法的基本原理和运行过程  40-42
  4.3 作动器布置位置优化设计  42-48
    4.3.1 参数的选取  42-44
    4.3.2 优化计算  44-48
  4.4 小结  48-49
第五章 结构振动主动控制优化计算机模拟分析  49-71
  5.1 主动控制系统的组成  49
  5.2 主动控制的控制原理  49-50
  5.3 主动控制算法  50-54
    5.3.1 受控结构的状态空间描述  50-51
    5.3.2 线性二次型(LQR)经典最优控制  51-54
  5.4 结构振动主动控制计算机模拟  54-69
  5.5 小结  69-71
第六章 结论与展望  71-73
  6.1 本文的研究成果  71
  6.2 研究展望  71-73
致谢  73-74
参考文献  74-77
附录硕士研究生学习阶段发表论文  77

相似论文

  1. 天然气脱酸性气体过程中物性研究及数据处理,TE644
  2. 八作动器隔振平台的六自由度容错控制研究,TB535.1
  3. 压气机优化平台建立与跨音速压气机气动优化设计,TH45
  4. 无尾飞翼式飞行器主动控制的参数化方法,V249.1
  5. 基于遗传算法的模糊层次综合评判在高职教学评价中的应用,G712
  6. 部队人员网上训练与考核系统的开发,TP311.52
  7. 基于并行算法的模糊综合评价模型的设计与应用,TP18
  8. 基于神经网络的牡蛎呈味肽制备及呈味特性研究,TS254.4
  9. 基于遗传算法的中短波磁天线的设计及实现,TN820
  10. 基于遗传算法的柑橘图像分割,TP391.41
  11. 基于混合自适应遗传算法的动态网格调度问题研究,TP393.09
  12. 基于遗传—牛顿算法的公交优化调度,TP18
  13. 基于遗传算法优化的BP网络对生物柴油制备工艺的优化,TE667
  14. 基于云理论和蜜蜂进化型遗传算法的纹理合成研究,TP391.41
  15. 基于遗传算法和粗糙集的聚类算法研究,TP18
  16. 基于遗传算法的淠史杭灌区渠系配水优化编组模型的研究,S274
  17. 遗传算法在物流仓储优化中的应用研究,F259.2
  18. 基于遗传算法的矿山资源优化调度模型的研究,O224
  19. 磁流变阻尼器的力学特性及其在火炮反后坐中的应用研究,TB535.1
  20. 大跨钢结构施工卸载过程力学分析,TU391
  21. 模糊预测函数控制改进算法的研究及应用,TP273

中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 建筑结构 > 特种结构 > 抗震动结构、防灾结构 > 耐震、隔震、防爆结构
© 2012 www.xueweilunwen.com