和阻尼系統(tǒng)沖程控制的 有效性，選擇最優(yōu)組合參數(shù)，參照原結(jié)構(gòu)的參數(shù)設(shè)計(jì)新型CS-HATMD。
[0068] 實(shí)施例二：本實(shí)施例與實(shí)施例一基本相同，特別之處如下：
[0069] 如圖2所示，所述步驟1)中建立結(jié)構(gòu)一CS-HATMD系統(tǒng)的力學(xué)模型：將結(jié)構(gòu)作為一 個單自由度質(zhì)點(diǎn)，根據(jù)其材料特點(diǎn)確定其阻尼cs和剛度ks，將一個ATMD1裝置在結(jié)構(gòu)上，以 一主動力uT(t)控制，再將一個ATMD2裝置在ATMD1上，以一主動力ut(t)控制，在ATMD2與 結(jié)構(gòu)之間添加一個阻尼為A的線性附加阻尼器；以此構(gòu)成結(jié)構(gòu)-CS-HATMD系統(tǒng)。
[0070] 所述步驟2)建立結(jié)構(gòu)一CS-HATMD系統(tǒng)的動力方程：分別對結(jié)構(gòu)、ATMD1、ATMD2進(jìn) 行受力分析，根據(jù)結(jié)構(gòu)動力學(xué)理論，列出其系統(tǒng)方程為：
[0071]
[0072]
[0073]
[0074] 式中，W)為地震地面運(yùn)動加速度；ys為結(jié)構(gòu)相對于基底的位移；y:為ATMD1(即 大質(zhì)量塊）相對于結(jié)構(gòu)的位移；yt為ATMD2 (即小質(zhì)量塊）相對于結(jié)構(gòu)的位移；ms、cJPks 分別為結(jié)構(gòu)的受控振型質(zhì)量、阻尼和剛度；％、(^和kT分別為ATMD1質(zhì)量、阻尼和剛度；mt、ct 和kt分別為ATMD2質(zhì)量、阻尼和剛度；q為附加阻尼器的阻尼；uT(t)為作用于結(jié)構(gòu)和ATMD1 之間的主動控制力；ut(t)為作用于ATMD1和ATMD2之間的主動控制力。
[0075] 所述步驟3)對CS-HATMD進(jìn)行振動控制優(yōu)化為：
[0076] 結(jié)構(gòu)一CS-HATMD系統(tǒng)的位移（ys)動力放大系數(shù)：
[0082]式中：

[0105] 式中：A為主結(jié)構(gòu)的頻率比；心為ATMD1的頻率比；ft為ATMD2的頻率比；| 3為 主結(jié)構(gòu)的阻尼比；為ATMD1的阻尼比；|tSATMD2的阻尼比；| 附加阻尼器的阻尼 比；yATMD1與結(jié)構(gòu)的質(zhì)量比；yt為ATMD2與結(jié)構(gòu)的質(zhì)量比；n為ATMD2與ATMD1的質(zhì) 量比；aATMD1的標(biāo)準(zhǔn)化加速度反饋增益系數(shù)；at為ATMD2的標(biāo)準(zhǔn)化加速度反饋增益 系數(shù)；0為aT與at的比例因子。
[0106] 優(yōu)化過程中，根據(jù)實(shí)際工程，設(shè)定A、yT、q的值，選定aT、at、0的范圍，對fT、 ft、lT、lt、l進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化。
[0107] 運(yùn)用基因遺傳算法進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，在結(jié)構(gòu)中裝備基于可控沖程的混合主動調(diào)諧質(zhì) 量阻尼器時得出在結(jié)構(gòu)中裝備基于可控沖程的混合主動調(diào)諧質(zhì)量阻尼器時，大質(zhì)量塊和原 結(jié)構(gòu)頻率fT、小質(zhì)量塊和原結(jié)構(gòu)頻率比ft、位移動力放大系數(shù)、ATMD1沖程的動力放 大系數(shù)沖程的動力放大系數(shù)隨a亦變化關(guān)系曲線，如圖3至10所示。
[0108] 由圖8可以看出，基于可控沖程的混合主動調(diào)諧質(zhì)量阻尼器（CS-HATMD)與混合主 動調(diào)諧質(zhì)量阻尼器一樣，具有較好的振動控制的有效性。且隨著a#色對值的增大和a,的 增大，有效性越來越好。
[0109] 由圖9至圖10可以看出，裝有基于可控沖程的混合主動調(diào)諧質(zhì)量阻尼器 (CS-HATMD)的阻尼系統(tǒng)的沖程相對于裝有混合主動調(diào)諧質(zhì)量阻尼器（HATMD)的明顯減小。 當(dāng)at>24時隨著驅(qū)動力at的增大，沖程減小的不明顯。
[0110] 由圖3至圖8綜合看出，1均很小，小于0. 1;當(dāng)at=4、8時，CS-HATMD的ft較 小，小于或接近于0.35,不適于實(shí)際工程運(yùn)用；而當(dāng)at>20時，隨著驅(qū)動力at的增大，有 效性提尚不明顯，故實(shí)際運(yùn)用中可考慮8〈at〈20的情況。
[0111] 由圖6至圖7可以看出，當(dāng)0.003彡I彡0.01時，沖程減小的幅度比較穩(wěn)定。
[0112] 比較圖3至圖10,考慮有效性的因素，選取yT= 0.01，n= 0.5，a: =-4，at= 12,fT= 0.877,ft= 0.442，| T= 0，| t= 0.02，| L= 0.003， DMtu = 1.8501, DMhHt =45.4462?DMh H =28.8551 ；yT= 0.01，r\ = 0.5，aT =-4，at= 16，fT= 0? 866，ft= 0? 444，| T= 0，| t= 0? 033，| L= 0? 009，D/W'//s =1.6805, =49.548，/)級:,,,=28.8372這兩種數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)CS-HATMD裝置，該 CS-HATMD裝置的有效性較好的同時，阻尼系統(tǒng)沖程較HATMD更小，且參數(shù)均在合理范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于可控沖程的混合主動調(diào)諧質(zhì)量阻尼器設(shè)計(jì)方法；其特征在于，包括如下步 驟： 1) 建立結(jié)構(gòu)一CS-HATMD系統(tǒng)力學(xué)模型：由結(jié)構(gòu)自身的質(zhì)量ms、阻尼Cs和剛度ks，在單 個主動調(diào)諧質(zhì)量阻尼器ATMD的基礎(chǔ)上又串聯(lián)增加一個小質(zhì)量塊，并施以一定的驅(qū)動力；在 結(jié)構(gòu)質(zhì)量塊與小質(zhì)量塊之間添加一個線性附加阻尼器；然后建立結(jié)構(gòu)基于可控沖程的混合 主動調(diào)諧質(zhì)量阻尼器系統(tǒng)即結(jié)構(gòu)一CS-HATMD系統(tǒng)的力學(xué)模型； 2) 建立結(jié)構(gòu)一CS-HATMD系統(tǒng)動力方程：根據(jù)結(jié)構(gòu)動力學(xué)原理，對結(jié)構(gòu)及第一個主 動調(diào)諧質(zhì)量阻尼器ATMD1、第二個主動調(diào)諧質(zhì)量阻尼器ATMD2進(jìn)行受力分析，建立結(jié)構(gòu)一 CS-HATMD系統(tǒng)動力方程； 3) 對結(jié)構(gòu)一 CS-HATMD系統(tǒng)進(jìn)行振動控制參數(shù)的優(yōu)化； 4) 設(shè)計(jì)優(yōu)化的CS-HATMD :通過比較結(jié)構(gòu)，考慮控制的有效性和阻尼系統(tǒng)沖程控制的有 效性，選擇最優(yōu)組合參數(shù)，參照原結(jié)構(gòu)的參數(shù)設(shè)計(jì)優(yōu)化的CS-HATMD，用于控制結(jié)構(gòu)振動。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于可控沖程的混合主動調(diào)諧質(zhì)量阻尼器設(shè)計(jì)方法，其特征 在于，所述步驟1)，建立結(jié)構(gòu)一CS-HATMD系統(tǒng)的力學(xué)模型：將結(jié)構(gòu)作為一個單自由度質(zhì)點(diǎn)， 根據(jù)其材料特點(diǎn)確定其阻尼cs和剛度k s，將一個ATMDl裝置在結(jié)構(gòu)上，以一主動力uT (t)控 制，再將一個ATMD2裝置在ATMDl上，以一主動力ut(t)控制，在ATMD2與結(jié)構(gòu)之間添加一 個阻尼為的線性附加阻尼器；以此構(gòu)成結(jié)構(gòu)-CS-HATMD系統(tǒng)。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于可控沖程的混合主動調(diào)諧質(zhì)量阻尼器設(shè)計(jì)方法，其特征 在于：所述步驟2)，建立結(jié)構(gòu)-CS-HATMD系統(tǒng)的動力方程表示為下式：式中，義⑴為地震地面運(yùn)動加速度；ys為結(jié)構(gòu)相對于基底的位移；yTSATMDl-即大質(zhì) 量塊一相對于結(jié)構(gòu)的位移；yt為ATMD2-即小質(zhì)量塊一相對于結(jié)構(gòu)的位移；m s、cJP k s分別 為結(jié)構(gòu)的受控振型質(zhì)量、阻尼和剛度；％、c#PkT分別為ATMDl質(zhì)量、阻尼和剛度；mt、c t和kt分別為ATMD2質(zhì)量、阻尼和剛度；為線性附加阻尼器的阻尼；uT (t)為作用于結(jié)構(gòu)和ATMDl 之間的主動控制力；ut (t)為作用于ATMDl和ATMD2之間的主動控制力。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的結(jié)構(gòu)基于可控沖程混合主動調(diào)諧質(zhì)量阻尼器設(shè)計(jì)方法，其特 征在于，所述步驟3)，對CS-HATMD進(jìn)行振動控制優(yōu)化設(shè)計(jì)為： 結(jié)構(gòu)位移ys動力放大系數(shù)：(6) ATMDl沖程yT的動力放大系數(shù)為：(7) ATMD2沖程yt的動力放大系數(shù)為：(8) 式中：式中：λ為主結(jié)構(gòu)的頻率比；fT*ATMDl的頻率比；f tSATMD2的頻率比；ξ 3為主結(jié)構(gòu) 的阻尼比；ξ ATMDl的阻尼比；ξ ,為ATMD2的阻尼比；ξ 附加阻尼器的阻尼比；μ τ 為ATMDl與結(jié)構(gòu)的質(zhì)量比；μ ATMD2與結(jié)構(gòu)的質(zhì)量比；η為ATMD2與ATMDl的質(zhì)量比； a ATMDl的標(biāo)準(zhǔn)化加速度反饋增益系數(shù)；a t為ATMD2的標(biāo)準(zhǔn)化加速度反饋增益系數(shù)；β 為α 1與a t的比例因子； 優(yōu)化過程中，根據(jù)實(shí)際工程，設(shè)定λ、μτ、η的值，選定aT、at、β的范圍，對f T、ft、 ξτ、lt、I進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)基于可控沖程的混合主動調(diào)諧質(zhì)量阻尼器設(shè)計(jì)方法，其 特征在于，所述步驟4)，設(shè)計(jì)新型CS-HATMD :定義最優(yōu)參數(shù)評價(jià)準(zhǔn)則：設(shè)置CS-HATMD時結(jié) 構(gòu)的最大動力放大系數(shù)的最小值的最小化，即 越小，則裝置振動控制有效性就約佳；利用遺傳算法進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，并與HATMD進(jìn)行比較。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于可控沖程的混合主動調(diào)諧質(zhì)量阻尼器設(shè)計(jì)方法。本方法的操作步驟如下：1）建立結(jié)構(gòu)—CS-HATMD系統(tǒng)力學(xué)模型；2）建立結(jié)構(gòu)—CS-HATMD系統(tǒng)動力學(xué)方程；3）運(yùn)用基因遺傳算法對CS-HATMD進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算；4）通過比較，選取最優(yōu)組合參數(shù)設(shè)計(jì)一種新型混合主動調(diào)諧質(zhì)量阻尼器。本發(fā)明的創(chuàng)新之處在于設(shè)計(jì)一種適用于所有結(jié)構(gòu)的新型混合主動調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，優(yōu)越之處在于CS-HATMD的有效性和HATMD的有效性幾乎相同，但CS-HATMD的沖程顯著小于HATMD的沖程。
【IPC分類】E04B1/98
【公開號】CN104895209
【申請?zhí)枴緾N201510306014
【發(fā)明人】李春祥, 曹黎媛, 遲恩楠
【申請人】上海大學(xué)
【公開日】2015年9月9日
【申請日】2015年6月5日