磁流变液阻尼器与结构耦合相互作用的振动控制研究

Considering the problems of the nonlinear structural control under strong earthquakes and control-structure interaction (CSI) between the Magnetorheological (MR) dampers and structures, this project presents the studies on the characteristic and mechanism of CSI. The modeling methods and physical model of the MR dampers considering the CSI effects are developed. The approach for real-time hybrid testing on the performance of the MR dampers is developed to consider the CSI effects. The decentralized robust control strategy commanding the MR dampers for the nonlinear structural vibration with the CSI effects is investigated under strong earthquakes. The shaking table test and numerical simulation are conducted. The evaluation index of the cumulative damage evolution is proposed. The CSI effects on the control performance of MR dampers are analyzed. The characteristic of the cumulative damage evolution for the nonlinear structures with semi-active control are revealed. The CSI and control performance of MR dampers during the process of the cumulative damage evolution are investigated. The design approach of the nonlinear structural control using the MR dampers under strong earthquakes is proposed. This project can provide a systematic control approach for the MR damper-structure system considering the CSI effects. The theory of the smart control for nonlinear structures can be enriched and developed. The high-performance control system and robust control methods subject to strong earthquakes are provided. So this project is of great importance in the scientific significance and practical value.

针对大/特大地震作用下大型建筑弹塑性地震反应控制问题、以及磁流变液阻尼器与结构显著的动力耦合作用问题，本项目研究磁流变液阻尼器与结构的动力耦合作用规律和机理，发展磁流变液阻尼器与结构动力耦合作用的建模方法和力电模型，研究考虑动力耦合作用的磁流变液阻尼器性能混合试验方法；研究考虑动力耦合作用的结构非线性地震反应的磁流变阻尼半主动分散鲁棒控制算法，通过振动台试验和仿真分析，提出非线性结构损伤演化评价指标，研究动力耦合作用对磁流变阻尼减震效果的影响，揭示半主动控制下非线性结构损伤累积演化规律、以及动力耦合作用和控制效果随结构累积损伤的变化规律，提出结构非线性地震反应的磁流变阻尼控制的设计方法。本项目研究将形成一套较完整的磁流变液阻尼器-结构动力耦合作用的控制方法，丰富和发展非线性结构智能控制理论，为大/特大地震作用下结构地震破坏控制提供高性能控制系统和鲁棒控制方法，具有重要的科学意义和实用价值。

针对大/特大地震作用下大型建筑弹塑性地震反应控制问题、以及磁流变液阻尼器与结构显著的动力耦合作用问题，本项目研究了磁流变液阻尼器与结构的动力耦合作用规律和机理，揭示出地震作用下磁流变液中羰基铁颗粒的分布密度改变是磁流变液阻尼器与结构的动力耦合作用的本质；在此基础上，发展了磁流变液阻尼器与结构动力耦合作用的建模方法和力电模型，提出了在滞变阻尼力中补充屈服力与地震加速度的函数来考虑磁流变液阻尼器与结构之间的动力耦合相互作用；研究了结构非线性地震反应的磁流变阻尼半主动分散鲁棒控制算法，证明了该算法的输入状态稳定性。通过振动台试验和仿真分析研究了非线性结构损伤累积演化规律，结果表明磁流变阻尼分散控制算法对非线性钢筋混凝土结构以及具有强不确定性的土-结构系统均具有很好的鲁棒性，磁流变阻尼控制不仅有效地降低了结构的累积损伤程度、并且减缓了其发展速度；磁流变阻尼控制系统是通过直接消耗地震能量和间接减小地震动输入结构的总能量两方面来减小结构地震反应的；最后研究了震损钢筋混凝土框架结构的磁流变阻尼控制，提出了磁流变阻尼控制钢筋混凝土框架结构的震损程度快速评估方法。本项目的研究成果形成一套较完整的非线性结构磁流变液阻尼控制方法，丰富和发展了非线性结构智能控制理论，为大/特大地震作用下结构地震破坏控制提供高性能控制系统和鲁棒控制方法，具有一定的科学意义和实用价值。