《基於主動翼板的橋樑顫振控制律及控制算法研究》是依託西南交通大學，由廖海黎擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於主動翼板的橋樑顫振控制律及控制算法研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：廖海黎
- 依託單位：西南交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
顫振穩定性是制約超大跨度橋樑發展的關鍵因素之一。本項目研究通過主動控制氣動翼板的技術途徑，提高超大跨度橋樑顫振穩定性的理論、方法與技術可行性。首先利用CFD數值模擬和風洞試驗，尋求箱型主梁-主動翼板流固耦合系統的合理氣動布局--主動翼板設定位置、特徵尺寸；在非定常氣動力影響因素研究的基礎上，建立流固耦合系統非定常氣動力非線性數學模型及參數識別方法，進而建立包含主動翼板的橋樑非線性氣動彈性系統的控制律；基於現代控制理論建立橋樑非線性氣動彈性系統主動控制的控制算法，研究系統的魯棒性，並通過節段模型風洞試驗進行驗證；最後，將方法拓展到三維，建立基於主動翼板的超大跨度橋樑顫振主動控制分析方法，並對擬定的超大跨度懸索橋算例實現顫振主動控制的數值仿真。本項目的目的是對基於主動翼板的橋樑顫振主動控制開展原理性及先導性研究並初步形成理論體系，為今後超大跨度橋樑顫振主動控制奠定理論基礎。
結題摘要
基於經典機翼-副翼氣動力模型，建立了主動翼板-流線型箱梁的氣動力模型，並基於Roger有理函式近似實現了氣動力的時域化，可用於主動控制計算中。通過理論分析表明，主動翼板運動相位需要和主梁運動方向相反才能獲得有效的顫振控制。當主動翼板設定為次優控制律時，控制效果及魯棒性比最優控制律更佳，回響時間顯著縮短，並能確保顫振的主動控制。 CFD數值計算表明，當前翼板扭轉運動方向與主梁的扭轉方向相反，後翼板扭轉運動方向與主梁扭轉方向相同時，顫振控制效果良好。在此情況下，隨著翼板相對於主梁的扭轉速度增加，主梁的最大扭轉角度有減小的趨勢。 較沒有安裝氣動翼板的情況，顫振臨界風速提高到1.6倍以上。同時，氣動翼板的長度過小或過大，顫振主動控制效果不好。當氣動翼板長度為主梁寬度的10-15%時，顫振主動控制效果較好。 基於可程式控制系統，研發了主動翼板在流線型箱梁顫振控制上的風洞試驗系統。試驗結果表明，在主動控制面振幅在扭轉振幅權重為0.9豎向權重0.1的情況下運動時，在試驗中未出現發散現象。翼板與主梁運動間的相位差是影響主動翼板控制效率的重要因素，當翼板運動相位差領先主梁扭轉運動相位差約70°時，振動控制效果最佳，此時顫振臨界風速可提升至1.7倍以上。 風洞試驗表明，在主動翼板抑振顫振時，主梁豎彎和扭彎運動之間的相位差將出現變化。在顫振臨界狀態下，兩者之間相位將逐漸過渡到翼板未工作的初始相位（扭轉落後於豎向運動）附近一個穩定的相位上。在顫振振幅逐漸增大的情況下，主動翼板工作將使得豎向振動逐漸落後於扭轉運動。
