《自適應主動控制面橋樑風振控制理論與方法》是依託同濟大學，由趙林擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：自適應主動控制面橋樑風振控制理論與方法
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：趙林
- 依託單位：同濟大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
橋樑風工程研究多採用固定構造形態和安裝位置的被動氣動措施，難於緩解超大橋樑跨徑增長面臨的服役期內滿足綜合使用和安全性能要求的發展趨勢。本項研究針對典型箱形橋樑主梁斷面，研發並套用具有實時反饋機制的自適應主動控制面氣動措施，採用同步動態氣動力測試和聯合時、頻分析方法，分析橋樑主梁結構風激振動（顫振和渦振）荷載及其回響的演變規律，探討主動控制面抑振作用機理。該項研究將為建立基於主動氣動措施控制的橋樑抗風設計理論與方法奠定基礎。主要內容如下：(1)研發具備自適應反饋機制的主動氣動措施試驗裝置，最佳化設計控制面的安裝位置，並在物理風洞試驗中驗證其有效性；(2)探討典型主梁-控制面系統風激氣動力及其回響的時、頻相關性，再現複雜氣動力的時空分布演變規律；(3)建立基於結構主動氣動措施控制面理論的荷載干擾數學模型及其實用算法；(4)建立考慮主梁-控制面系統一體化的氣動力參數識別和最佳化算法。
結題摘要
橋樑風工程研究多採用固定構造形態和安裝位置的被動氣動措施，難於緩解超大橋樑跨徑增長面臨的服役期內滿足綜合使用和安全性能要求的發展趨勢。本項研究套用具有實時反饋機制的自適應主動控制面氣動措施，分析橋樑主梁結構風激振動（顫振和渦振）荷載及其回響的演變規律，探討主動控制面抑振作用機理。主要研究內容如下： (1) 自激力和抖振力的狀態空間模型及其時頻回響特性分析：通過對氣動導數和氣動導納的有理函式近似，實現了自激力和抖振力的狀態空間表達，在操作層面上對自激力和抖振力狀態空間模型的計算精度和計算技巧進行了全面探討。通過討論自激力狀態空間模型中氣動狀態的性質，解決了由於氣動狀態初始條件未知帶來的自激力初始模擬失真的現象，以具有理想平板斷面的兩自由度節段模型為例檢驗了自激力和抖振力狀態空間模型的適用性。 (2) 主動控制面最優主動控制研究：通過風洞試驗和理論分析，建立並驗證了主動控制面系統的氣動力模型及其顫振和渦振控制方程，編制了相應計算程式並進行了程式驗證。以一座主跨3000m的懸索橋為工程背景，討論了主動控制面系統的顫振和渦振控制效果，系統輸出狀態的個數對主動控制面控制效果的影響，用於顫振主動控制的結構顫振參與模態選擇的方法，控制面沿橋跨的布置長度以及作動器個數等三維因素對其顫振和渦振控制效果的影響。 (3) 主動控制面運動參數魯棒性分析：預先假設主動控制面的運動狀態，基於運動合成原理將主動控制面的運動表達為主梁運動的函式，並基於主動控制和主梁運動互不干擾彼此周圍流場的假定，控制面-主梁系統的自激力統一可表達為主動控制面運動參數的函式，繼而實現對主動控制面最優運動參數魯棒性的研究。 (4) 主動控制面顫振和渦振開環控制風洞試驗研究：使用單片機控制以數位訊號為輸入的作為作動器的舵機(伺服電機)，並使用自主開發軟體實現計算機(上位機)與單片機之間控制指令的互動傳輸，以完成對控制面振動頻率、相位以及振幅的精確控制。通過風洞試驗研究了開環控制下主動控制面扭轉振動的頻率和相位對其顫振和渦振控制效果的影響，檢驗了本文主動控制面系統氣動力模型的正確性。
