斜拉索非线性振动的动力分岔、混沌行为及其智能控制研究

桥梁斜拉索作为一个典型的高维非线性动力系统，它存在着复杂的动力分岔乃至混沌行为（例如风雨激振），运用现代非线性理论对斜拉索的振动机理进行精细化和大范围的定性分析，必将得到新的理论结果。此外，从混沌控制的理论角度去研究斜拉索半主动振动控制，也可以得到非常有意义的结果。本项目将首先建立斜拉索周期激励平面非线性动力模型并研究大范围参数变化下斜拉索自由振动的分岔及混沌行为，接着深入讨论斜拉索风雨激振空间动力模型的分岔及混沌现象，然后根据混沌控制的需要开发高性能磁流变液阻尼器智能控制系统并探索混沌控制方法，最后通过宁波招宝山大桥C20号索的原型实验和模型实验对上述的理论和控制方法进行验证。本项目将提供斜拉索某些振动现象的新理论解释，并研制出高性能智能振动控制系统，本项目研究将为更加精细化地研究结构非线性动力行为、破坏机制以及非线性控制等奠定基础。

随着建筑材料性能提高和建筑设计理论的深入发展，现代建筑结构也朝着更高、更长、更大的趋势不断地发展。虽然这种发展趋势可以很好地满足人们对建筑物使用功能的日益增长的需求，但是也带来了新的问题——非线性振动问题。另一方面，大型自然灾害（如强地震、强台风、强降雨等）不断发生，也突显了建筑结构的非线性振动问题。从严格的意义来讲，所有的振动问题都是非线性的，但是当结构振动幅值很小时，按照线性方法去处理，并不会带来不能容许的误差，可以认为是线性振动问题。而结构尺寸不断增大或者环境荷载不断增大时，结构振动幅值也不断增大，如果再按照线性方法去处理，将会带来不能容许的误差，甚至会得到错误的结论。因此发展针对建筑结构非线性振动的特有的理论和方法对于大型建筑结构林立而大型自然灾害频发的当今世界来说已经是势在必行。. 本项目针对大型斜拉桥的索振动进行专门的非线性振动研究，完成了斜拉索非线性动力方程的建立，斜拉索发生混沌运动的门槛值计算，斜拉索混沌运动的符号动力学描述。在非线性振动控制方面，完成了高性能磁流变液的制备，高性能磁流变液阻尼器的设计与制作，高性能磁流变液阻尼器控制系统开发及斜拉索非线性振动模型实验。. 本项目的研究首次计算出了斜拉索发生混沌运动的门槛值，并以模型实验加以了验证；首次提出了利用符号动力系统来描述斜拉索振动的轨道；首次完成了用于斜拉索非线性振动控制的基于智能磁流变液阻尼器的高性能集成控制系统软硬件开发与制做。