【摘 要】
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斜拉索作为斜拉桥的关键构件,其振动对斜拉桥结构的安全性、适用性和耐久性都有较大的不利影响。控制斜拉索的振动是一个关键问题,采用半主动磁流变（MR）阻尼器控制系统是一种具有前景的解决方案。但是该控制系统需要提供电源、传感器和控制器等附加设备,这增加了控制系统的成本和不可靠性,限制了该技术的工程应用。因此本文研发了由电磁阻尼器和MR阻尼器并联形成的自供能MR阻尼器,提出了自供能MR阻尼器的非线性力学模
【基金项目】
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国家自然科学基金重点项目“基于监测数据的结构被动振动控制系统性能研究”；
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斜拉索作为斜拉桥的关键构件,其振动对斜拉桥结构的安全性、适用性和耐久性都有较大的不利影响。控制斜拉索的振动是一个关键问题,采用半主动磁流变（MR）阻尼器控制系统是一种具有前景的解决方案。但是该控制系统需要提供电源、传感器和控制器等附加设备,这增加了控制系统的成本和不可靠性,限制了该技术的工程应用。因此本文研发了由电磁阻尼器和MR阻尼器并联形成的自供能MR阻尼器,提出了自供能MR阻尼器的非线性力学模型及其数值模型,通过试验验证了所提出的数值模型并系统研究了其自供能性能,进而建立了斜拉索-自供能MR阻尼器系统的数值模型,并深入研究了自供能MR阻尼器的斜拉索减振性能,仿真结果表明:在采取被动和半主动控制策略时,自供能MR阻尼器的斜拉索减振性能均比被动MR阻尼器和粘滞阻尼器有较大提升。本文的主要研究工作和创新成果有:（1）介绍了自供能MR阻尼器的构造和工作原理,并提出四种自供能电路。提出了自供能MR阻尼器的非线性力学模型并建立其数值模型,基于该数值模型研究了自供能电路对于阻尼器力学性能的影响。结果表明:采取整流滤波电路且并联大电容可以增强自供能MR阻尼器的耗能能力;在电路中串联电感或者电容,可以改变电路中电流的相位,使得自供能MR阻尼器分别表现出拟正刚度和拟负刚度特性。（2）研发了自供能MR阻尼器的原型机,进行了一系列动力加载试验。试验结果表明:电磁阻尼器的开路电压与阻尼器的速度具有良好的线性关系,可以作为速度传感器;电磁阻尼器的能量收集能力足够实现阻尼器的自供能;整流滤波电路和整流稳压电路可以提高自供能MR阻尼器的阻尼力峰值。（3）建立了斜拉索-自供能MR阻尼器系统的数值模型,仿真结果表明:自供能MR阻尼器相比被动MR阻尼器没有明显的锁定现象;提出的自供能MR阻尼器参数设计方法具有较好的减振效果;自供能MR阻尼器采用整流滤波电路时,在电路中并联大电容可以提高阻尼器的耗能能力,在电路中串联电容可以使阻尼器产生有利于斜拉索振动控制的拟负刚度特性,大幅提高了减振效果;采用整流稳压电路时,自供能MR阻尼器的减振效果与MR阻尼器的设计控制电压和斜拉索的振幅有关。（4）提出了一种自供能半主动控制电路以实现自供能MR阻尼器的半主动控制,通过数值模拟研究了自供能半主动MR阻尼器的力学性能及其对斜拉索的单模态和多模态振动控制性能。仿真结果表明:自供能半主动MR阻尼器对斜拉索第一阶模态振动的控制性能优于被动自供能MR阻尼器;而对斜拉索多模态振动控制性能相比粘滞阻尼器有较大提升;自供能半主动控制电路中并联的电容可以提升自供能半主动MR阻尼器对于斜拉索单模态和多模态振动的控制性能。
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