磁流變阻尼器及其與結(jié)構(gòu)耦合系統(tǒng)的非參數(shù)化建模研究.pdf

1、土木工程結(jié)構(gòu)的建模是對(duì)其進(jìn)行控制以及監(jiān)測(cè)與識(shí)別的基礎(chǔ)，是土木工程領(lǐng)域重要的課題之一。建立能準(zhǔn)確反映結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)的而且簡(jiǎn)單實(shí)用的模型對(duì)實(shí)現(xiàn)有效的控制、模型修正、性能評(píng)估具有重要意義。土木工程結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性、材料和結(jié)構(gòu)層次所反映出的非線性、不確定性，特別是安裝有不同控制裝置的結(jié)構(gòu)體系由于結(jié)構(gòu)裝置本身的動(dòng)力特性、復(fù)雜性以及安裝誤差等，這些因素的存在會(huì)給結(jié)構(gòu)-控制裝置耦合系統(tǒng)的建模帶來(lái)困難。然而離散化有限單元模型往往難以真實(shí)反映實(shí)際結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特

2、性，所以直接根據(jù)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)的實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模是一種好的選擇。 安裝有各種控制設(shè)備的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)由于控制元件的非線性特性代表了一種典型的非線性系統(tǒng)。對(duì)控制元件及其與結(jié)構(gòu)之間的耦合系統(tǒng)進(jìn)行建模具有重要意義。磁流變阻尼器作為一種典型的控制裝置，因其具有耗能小、反應(yīng)速度快等一系列優(yōu)點(diǎn)使得其在土木結(jié)構(gòu)中得到了廣泛的應(yīng)用。對(duì)其建立其方便而準(zhǔn)確的計(jì)算模型很有必要，又因?yàn)橐酝膮?shù)模型太過(guò)復(fù)雜、計(jì)算困難，本文運(yùn)用具有大規(guī)模并行性、冗余性、

3、容錯(cuò)性、本質(zhì)的非線性及自組織自學(xué)習(xí)自適應(yīng)能力等特點(diǎn)的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)阻尼元件及其與結(jié)構(gòu)的耦合系統(tǒng)進(jìn)行了建模研究。 本文主要進(jìn)行了以下三個(gè)方面的工作： (1)對(duì)一種典型的磁流變阻尼器進(jìn)行了性能試驗(yàn)，利用實(shí)驗(yàn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)建立了阻尼器的Bingham模型、雙曲正切模型兩種參數(shù)模型以及基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的正向和逆向模型，對(duì)三種計(jì)算模型進(jìn)行了仿真分析，并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比研究，結(jié)果表明，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型比兩種參數(shù)模型能更好地模擬阻尼器的動(dòng)態(tài)性能。

4、 (2)分別采用雙曲正切模型和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型編制了Matlab程序，對(duì)安裝有磁流變阻尼器的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)進(jìn)行了動(dòng)力響應(yīng)分析。結(jié)果表明，作為一種非參數(shù)化模型，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的磁流變阻尼器模型能很好地用于結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)分析，由于其并行計(jì)算特點(diǎn)，可以減輕計(jì)算工作量。 (3)利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)一個(gè)裝有磁流變阻尼器的多層鋼框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了非參數(shù)化建模研究，建立了4種不同的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。研究結(jié)果表明神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能很好地預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)的響應(yīng)，為非線性結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的建