本发明专利技术公开了一种结构混合主动调谐质量阻尼器的风振控制优化设计方法，包括如下步骤：1）建立结构-HATMD系统模型；2）建立结构-HATMD系统和动力学方程；3）运用基因遗传算法对HATMD进行优化计算；4）通过比较，选取最优组合参数设计一种新型混合主动调谐质量阻尼器。本发明专利技术的创新之处在于设计一种适用于所有结构的新型混合主动调谐质量阻尼器，优越之处在于减小了风振对结构的损坏。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种结构混合主动调谐质量阻尼器的风振控制优化设计方法，包括如下步骤：1）建立结构-HATMD系统模型；2）建立结构-HATMD系统和动力学方程；3）运用基因遗传算法对HATMD进行优化计算；4）通过比较，选取最优组合参数设计一种新型混合主动调谐质量阻尼器。本专利技术的创新之处在于设计一种适用于所有结构的新型混合主动调谐质量阻尼器，优越之处在于减小了风振对结构的损坏。【专利说明】
本专利技术涉及一种结构混合主动调谐质量阻尼器(Hybrid Active Tuned MassDamper, HATMD)的风振控制优化设计方法。
技术介绍
土木工程领域中结构的抗风和抗震研究一直是不变的主题，振动控制的研究和应用被认为是这门研究的重大突破。与传统的结构设计方法相比，振动控制从仅仅依靠改变结构自身性能来抵抗环境荷载的方法，逐渐发展为由结构-抗风抗震振动控制系统主动地控制结构的动力反应，这也使得适用于土木工程结构振动控制的装置有了相当的发展。但是，控制装置仍然存在着很多亟待解决的问题，例如调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper,TMD)，存在启动滞后等问题，一旦失调，其控制有效性将明显下降。主动调谐质量阻尼器(Active Tuned Mass Damper，ATMD)在结构与TMD之间引入一个主动控制力，克服了 TMD的启动滞后问题，而且提高了 TMD的有效性和鲁棒性，因此在实际工程中安装的大都是这种ATMD系统。混合调谐质量阻尼器(HATMD)在单个ATMD的基础上又串联增加一个小质量块，并施以一定的驱动力，考察其控制结构风振响应的效果。
技术实现思路
针对现有技术存在的缺陷，本专利技术的目的是提供一种结构混合主动调谐质量阻尼器的风振控制优化设计方法。 为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案: 一种结构混合主动调谐质量阻尼器的风振控制优化设计方法，包括如下步骤: 1)由结构自身的质量％、阻尼σ,和刚度建立结构混合主动调谐质量阻尼器(SP 结构-HATMD)系统的力学模型；2)根据结构动力学原理，对结构及第一个主动调谐质量阻尼器(ATMD1)、第二个主动调谐质量阻尼器(ATMD2)进行受力分析，建立结构-HATMD系统方程；3)对比主被动调谐质量阻尼器(APTMD)和单个主动调谐质量阻尼器(ATMD)JfHATMD进行风致振动控制的优化设计；4)根据比较结果，考虑控制的有效性，选取最优组合参数，参照原结构的参数设计新型HATMD。 所述步骤I)中建立结构-HATMD系统的力学模型为:将结构作为一个单自由度质点，根据其材料特点确定其阻尼1^和刚度七，将ATMDl装置在结构上，以一主动力％⑴控制，再将ATMD2装置在ATMDl上，以主动力控制；以此构成结构-HATMD系统。 所述步骤2)中的建立结构-HATMD系统方程为:分别对结构、ATMD1、ATMD2进行受力分析，根据结构动力学理论，列出其系统方程为: ?Λ + C大 +k}yrcryr — kTyT - Ρ(? = -ur(t) '讯?+Λ)+ CTyT + kTyF-Ctyt -ktyt = ur(i)-ut(￡) Fh (λ + h +Λ)++ Kyt= ut (￡)式中:p(t)为作用在结构上的风荷载为结构相对于基底的位移Jr为ATMDl相对于结构的位移A为ATMD2相对于ATMDl的位移、Cj和弋分别为结构的质量、阻尼和刚度；％、Cr和^分别为ATMDl的质量、阻尼和刚度；％、Ci和欠分别为ATMD2的质量、阻尼和刚度；％㈡为作用于结构和ATMDl之间的主动控制力为作用于ATMDl和ATMD2之间的主动控制力。 所述步骤3)中对HATMD进行风致振动控制的优化设计为:结构-HATMD系统的位移动力放大系数为: DDms =IdH \ =......--?..........Wf+[4 ￠^)32 朴丄 MJA)=-A4 +Zi2I2 +4ξτζΛ%χ+/τ3Λ2+J^A2S中._、.Jm(I) = -2U,- Ut贫 ++ 2Umi K【馬=—傳 + αΓ - ?,?|)|Γ^?4Γ/Γ/；14 —傳 ++ P + c0uTrif^f；A2 -P + % - m)uTfr2A2(A2 O p — O7U7U2 # -1fK^ W P - ^rMX2I4^iAfrfA2 + fff；A2^4i4rfTA2(￡ ^ /; Vg^a2P2 ^ /rV 4 卷切pi*^^a!liT)UJTf；A4 - (Λ2 - fr2}0 - j?) Lm = 20+ % L/r,i3(42 - 0-2(1+- 2(1+ α^ζη/ff^ -m 十 ?r — _τζ JifA3 + 2(1-等T) ξτ?τ^\Λ2 - jf) + 2^-%?Γ)“43 (Λ2 — jf) *η - %%)々以5 - Ut/λλ2 ~rh~ Ki +KM^2 - Jfm2 - /;2》 - μa3式中:,i为主结构的频率比；St为ATMDl的频率比；久为ATMD2的频率比；ξ5为主结构的阻尼比.，ξΓ为ATMDl的阻尼比；4为ATMD2的阻尼比；为ATMDl与结构的质量比.，η为ATMD2与ATMDl的质量比；@为ATMDl的标准化加速度反馈增益系数；％为ATMD2的标准化加速度反馈增益系数为ar与％的比例因子；优化过程中，根据实际工程，设定?、Mr、V的值，选定％、A、彡的范围，对/j.、Λ、旮、矣进行参数优化。 所述步骤4)中定义优化评价准则为:设置HATMD时结构的最大动力放大系数的最小值的最小化，即R二 Min.Min.Max.DDMFhs 'R值越小，则装置风振控制的有效性就越佳；利用遗传基因算法进行参数优化，根据值选取HATMD中1、/,、旮、A的最优参数，从而设计出新型HATMD风振控制装置。 与现有技术相比，本专利技术具有如下突出的实质性特点和显著的优点:本专利技术方法设计一种适用于所有结构的新型混合主动调谐质量阻尼器，优越之处在于减小了风振对结构的损坏。 【专利附图】【附图说明】 图1为HATMD设计分析过程图。 图2为结构-HATMD系统的力学模型。 图3为/>随σ t的变化关系曲线。 图4为/；随σ t的变化关系曲线。 图5为i f随^的变化关系曲线。 图6为DDMF他随a t的变化关系曲线。 【具体实施方式】 下面结合附图，对本专利技术的具体实施例作进一步的说明。 如图1所示，一种，包括如下步骤:1)由结构自身的质量A、阻尼G和刚度建立结构混合主动调谐质量阻尼器系统，即结构-HATMD系统的力学模型；2)根据结构动力学原理，对结构，第一个主动调谐质量阻尼器，即ATMD1，以及第二个主动调谐质量阻尼器，即ATMD2，进行受力分析，建立结构-HATMD系统方程；3)对比主被动调谐质量阻尼器，即APTMD和单个主动调谐质量阻尼器，即ATMD，对HATMD进行风致振动控制的优化设计；4)根据比较结果，考虑控制的有效性，选取最优组合参数，参照原结构的参数设计新型HATMD。 如图2所示，所述步骤I)中建立结构-HATMD系统的力学模型为:将结构作为一个单本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种结构混合主动调谐质量阻尼器的风致振动控制优化设计方法，其特征在于，包括如下步骤：1）由结构自身的质量、阻尼和刚度，建立结构混合主动调谐质量阻尼器系统，即结构‑HATMD系统的力学模型；2）根据结构动力学原理，对结构，第一个主动调谐质量阻尼器，即ATMD1，以及第二个主动调谐质量阻尼器，即ATMD2，进行受力分析，建立结构‑HATMD系统方程；3）对比主被动调谐质量阻尼器，即APTMD和单个主动调谐质量阻尼器，即ATMD，对HATMD进行风致振动控制的优化设计；4）根据比较结果，考虑控制的有效性，选取最优组合参数，参照原结构的参数设计新型HATMD。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李春祥，沈欣，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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