《基於電磁阻尼器的斜拉索自供能半主動控制研究》是依託華中科技大學，由沈文愛擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於電磁阻尼器的斜拉索自供能半主動控制研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：沈文愛
- 依託單位：華中科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
斜拉索是斜拉橋的主要受力構件，其在風荷載或風雨荷載與支座激勵的作用下極易發生大幅振動，從而縮短其疲勞壽命並加速其鏽蝕，因而需採取措施來控制其過大振動。目前不少斜拉索減振採用半主動控制的方式，但半主動控制對外部能源的依賴卻限制了其在實橋中的推廣套用。本項目擬研究利用新型電磁阻尼器實現斜拉索自供能半主動控制中的關鍵問題。通過電磁阻尼器回收斜拉索的振動能量給其控制電路供電，控制電路通過阻尼器輸出電壓反饋進行線上計算，以實時調節阻尼係數從而達到半主動控制的目標。本項目擬建立電磁阻尼與能量收集效率的理論模型；提出考慮隨機荷載作用下斜拉索電磁阻尼器輸出功率的理論估算公式；推導考慮慣性質量的斜拉索阻尼器最優阻尼值；提出基於電磁阻尼器電壓輸出信號的半主動控制算法；最後通過斜拉索縮尺模型實驗和實橋試驗進一步驗證方法的正確性。本項目研究成果可為實現斜拉索高效率減振與自供能半主動控制提供理論基礎。
結題摘要
斜拉橋拉索在風（雨）荷載與支座激勵作用下極容易發生大幅振動而威脅橋樑的安全，因而斜拉索的減振控制是斜拉橋設計與建造的關鍵問題之一。近年，我國興建了多座千米級跨徑斜拉橋，並且跨度還有繼續增長的趨勢，然而傳統的減振技術為超長斜拉索提供的模態阻尼比有限。本項目從理論、數值分析與足尺實驗三個方面系統研究了基於新型電磁阻尼器的斜拉索減振控制問題。主要研究成果包括：（1）建立了電磁慣性質量阻尼器（EIMD）的非線性本構模型和能量收集效率理論模型；（2）推導了考慮隨機激勵下斜拉索電磁阻尼器輸出功率的理論公式；（3）提出了考慮慣質效應的斜拉索阻尼器最優參數分析方法；（4）進行了基於EIMD的斜拉索縮尺和足尺減振實驗，實現了比傳統粘滯阻尼減振技術高165%的減振控制效果；（5）首次提出了利用電磁阻尼器回收斜拉索的振動能量，並可給半主動阻尼器供電。本項目的研究成果為自供能半主動控制提供了理論基礎與數據支撐。基於EIMD的斜拉索振動控制技術利用慣質效應極大地提升了斜拉索的減振效率。本項目實現了重要的技術突破，為千米級跨徑斜拉橋拉索的減振控制提供了新的方法，具有廣闊的工程套用前景。通過項目研究發表了8篇學術論文，其中國際一流SCI期刊論文6篇，並多次被他引。項目研究成果獲得了2018年湖北省技術發明二等獎和香港第十九屆卓越結構大獎研發類提名獎。項目研究成果在大跨度斜拉橋拉索減振控制上得到了實際套用。
