基于磁致伸缩作动器的斜拉索主动控制理论与试验研究

斜拉桥拉索具有大柔度、小质量及小阻尼的特点，极易发生涡激共振、尾流驰振、驰振、风雨激振、参数振动等有害振动，研究拉索减振技术对于确保大跨度斜拉桥运营安全具有重要意义。现有拉索振动控制方法主要有空气动力学措施、机械阻尼减振、辅助索与主动控制等。本申请项目拟采用磁致伸缩作动器开展斜拉桥拉索主动控制研究，设想在拉索锚固端布置磁致伸缩作动器，利用磁致伸缩作动器在磁场作用下产生的作动力实现拉索主动控制。研究的主要内容包括：开发适用拉索主动控制的磁致伸缩作动器，建立磁致伸缩作动器正/逆动力模型；建立拉索-磁致伸缩作动器系统及拉索-结构-磁致伸缩作动器系统耦合动力方程，提出基于磁致伸缩作动器的拉索主动控制理论，开展仿真分析与试验研究，全面评估磁致伸缩作动器的拉索主动控制效果。通过系统研究，建立起基于磁致伸缩作动器的斜拉索主动控制设计理论框架，形成新的拉索减振技术，推动智能材料在土木工程的应用。

斜拉桥拉索在风、雨及交通荷载作用下容易发生大幅振动，严重影响桥梁的安全。现有拉索振动控制主要方法有空气动力学措施、机械阻尼减振、辅助索与主动控制等。本项目采用磁致伸缩作动器开展斜拉桥拉索主动控制研究，设想在拉索锚固端布置磁致伸缩作动器，利用磁致伸缩作动器在磁场作用下产生的作动力实现拉索主动控制，是一项新的、具有潜在应用前景的拉索减振技术。开展的主要研究工作如下：.（1）研制了磁致伸缩作动器，并进行了有限元分析，研究了各参数对磁致伸缩作动器性能的影响；.（2）对磁致伸缩作动器力学性能开展了试验，研究了预压力、激励电压、偏置电流、激励频率对作动器输出性能的影响，建立了相应的力学模型；.（3）建立了拉索-磁致伸缩作动器耦合运动方程，提出了拉索主动控制算法和多级Bang-Bang半主动控制算法，开展了振动控制仿真试验研究；.（4）建立了拉索-磁致伸缩作动器系统，采用Simulink和d-Space实时仿真系统，开展了磁致伸缩作动器拉索振动控制试验。.本项目针对基于磁致伸缩作动器的斜拉索主动控制理论与试验开展了系统研究，全面评估了磁致伸缩作动器拉索减振效果，完成了项目研究的全部内容。获得发明专利3项，已公开发表论文11篇。