压电主动杆件在结构抗震控制中的优化设计及实验研究

英文篇名：Optimization design of the piezoelectric driving bar and test for anti-seismic control
中文刊名：地震工程与工程振动
英文刊名：Journal of Earthquake Engineering and Engineering Vibration
作者：王社良 ; 马乾瑛 ; 朱军强 ; 田鹏刚
英文作者：WANG Sheliang 1 ; MA Qianying1 ; ZHU Junqiang1 ; TIAN Penggang1 ; 2 (1.Xi'an University of Architecture and Technology ; Xi'an 710055 ; China ; 2.Shaanxi Academy of Building Research ; Xi'an 710055 ; China)
中文关键词：压电 ; 抗震控制 ; 优化 ; 模态
英文关键词：piezoelectric ; earthquake resistant control ; optimization ; mode
出版日期：2010-04-15
机构：西安建筑科技大学土木工程学院;陕西省建筑科学研究院;
年：2010
期：02
出版单位：地震工程与工程振动

摘要

随着建筑形式的多样化以及结构高度、跨度的增大,结构在地震和风等动力荷载作用下的振动问题也日益突出,智能材料的研究与应用成为结构抗震控制技术领域最具前沿性的发展方向之一。本文根据主动控制力学模型,基于最小储能原则,运用遗传算法,得到了主动杆件的最优布置位置和最优增益;进行了三层空间结构主动抗震控制实验,研究结果表明,压电主动杆的控制效果与输入地震波的关系不大,而与结构自身参数关系密切,对结构进行智能控制之后抗震效果显著,结构各层的位移最大抑制达到14%,加速度的最大抑制达到21%。
Teeming with large-span and complex structure,the structure vibration problem has become more prominent under load,such as earthquake and wind power.The application of intelligent materials and smart structure is becoming one of the most cutting-edge work in the structure field.Based on the active control mechanical model and the principle of minimum energy,according to the genetic algorithms we optimized the layout of the driving lever and the minimum gain.Then an active control experiment for a three-storey intelligence spacial structure was done.The research shows,the control effects is not related to the input seismic ground motions,but closely related to the structure parameters.The intelligent structures can produce greatly inhibitive effects.The maximum displacement reduces 14%,and the maximum acceleration reduces 21%.

引文

[1]马雨雷,童昕.一种实用的振动主动控制系统研究[J].噪声与振动控制,2008(3):122-126.
    [2]薛伟辰,郑乔文,刘振勇,等.结构振动控制智能材料研究及应用进展[J].地震工程与工程振动,2006,26(5):213-217.
    [3]Yan Shaoze,Zheng Kai,Zhao Qiang,et al.Optimal placement of active members for truss structure using genetic algorithm[J].Lecture Notes in Computer Science,2005,3645:386-395.
    [4]杨智春,王巍,谷迎松,等.一种弯曲型压电堆作动器的设计及在振动控制中的应用[J].振动与冲击,2009,28(9):130-134.
    [5]欧进萍.结构振动控制[M].北京:科学出版社,2003.
    [6]Kim-Ho Ip,Ping-Cheung Tse.Optimal configuration of a piezoelectricpatchfor vibration control of isotropic rectangular plates[J].Smart Ma terial Structure,2001,(10):395-403.
    [7]卢连成,吴琼,张令弥.智能空间桁架结构独立模态控制方法[J].振动工程学报,1997,10(4):88-93.
    [8]魏燕定,娄军强,吕永桂,等.振动主动控制中线性二次型最优控制问题研究[J].浙江大学学报:工学版,2009,43(3):420-424.
    [9]任建亭,闫云聚,姜节胜.振动控制传感器/作动器的数目和位置优化设计[J].振动工程学报,2001,14(2):117-121.
    [10]吕大刚,王光远.基于遗传算法的抗震结构智能优化设计[J].地震工程与工程振动,1999,19(2):178-182.
    [11]莫凡芒,孙庆鸿,陈南,等.遗传算法在结构振动主动控制中的应用研究[J].噪声与振动控制,2003(2):11-12.
    [12]Han Jae-Hung,Lee I.Optimal placement of piezoelectric sensors andactuators for vibration control of a composite plate using genetic algorithms[J].Smart Material Structure,1999(8):257-267.
    [13]李东旭.大型挠性空间横加结构动力学分析与模糊振动控制[M].北京:科学出版社,2008.
    [14]高维成,徐敏建,刘伟.基于遗传算法的传感器优化布置[J].哈尔滨工业大学学报,2008,40(1):9-11.
    [15]Magrab E B,Azarm S,et al.MATLAB原理与工程应用[M].高会生,李新叶,等译.2版.北京:电子工业出版社,2006.