论文部分内容阅读
未来战争是核威慑下的信息化战争,常规武器成为火力运用的主要方式。大量的研究表明,常规武器在浅埋结构附近爆炸时,即使结构不产生严重的破坏,强烈的地冲击也会造成放置在结构内的设备损坏和人员伤亡。因此,分析常规武器爆炸作用下结构内部的冲击环境并在结构内部采取经济而有效的冲击隔振措施显得十分重要。本文主要围绕常规爆炸冲击作用下结构内部的冲击环境及基于主动、半主动控制的智能隔震底板系统开展研究,主要研究内容如下:
(1)建立了常规武器爆炸作用下地下结构动力响应的数值模拟方法,计算分析了结构内部冲击震动环境。比较研究了两种不同爆腔模拟方法的模拟效果;对地下箱形结构在顶爆、侧爆、斜上方爆炸等不同情况下结构内部的震动响应时程进行了数值模拟,分析总结了各种情况下结构内部响应的特征,给出了结构内部冲击隔震反应谱,得到可供设计和工程应用的一般规律;针对具有软回填层的地下复合结构应用需要,分析研究了软回填层的隔震效果,探讨了隔震效果与软回填层的厚度、材料屈服强度等的关系。
(2)探索研究了爆炸冲击环境下地下结构内部智能隔震底板系统(由弹簧和智能控制元件并联组成隔震系统)的组成及设计原理:针对智能隔震底板系统的简化模型,通过数值方法模拟不同的半主动及主动控制算法对隔震系统的智能控制效果。从加速度峰值来看,较好的控制算法是主动控制算法(COC,IOC,LQR),模糊控制算法(Fuzzy)。相对于被动控制算法,几种半主动控制算法对于降低加速度的峰值效果不是很明显,但能较好地控制系统后续的震动以及震动的持续时间。因此,半主动控制在应用上具有一定的可行性。
(3)试验研究了磁流变阻尼器的力学性能和时滞反应,并用Bingham模型对其力学性能进行了拟合;对新型磁流变阻尼器.逆变型磁流变阻尼器的设计制作进行了详细的分析,设计并试验研究了此种阻尼器的力学性能,特别是针对较高频段的激励下的性能。试验表明,阻尼器力学性能可用修正的Bouc-Wen模型较好地模拟,并且在外激励的频段为15-30Hz时,模型参数基本保持不变。所设计的阻尼器具有较好的耗能作用,对冲击隔振能起到一定的作用;
(4)试验研究了由磁流变阻尼器和弹簧共同组成的智能隔震底板系统的隔振效果,验证了所设计的冲击震动环境下的隔震系统及控制算法的有效性,给出了隔震系统的隔震效果评价。
被动控制状态时,阻尼器中的电流越大,阻尼器出力越大,质量块的相对位移越小,而其绝对加速度并不是越小,有可能会增加;对于同一种半主动控制算法,3种不同的最优力计算方法对最终的控制效果影响不大,即COC、IOC、LOR可以任意选用,其中IOC算法相对简单;2种模糊控制的控制效果不是很理想,基本与Passive-off的效果相差不多,而且模糊控制中2种控制指标的选择对其控制效果几乎没有影响;从对绝对加速度控制效果来讲,控制效果较好有LSL IOC,Switch, Passive-on(1A),LSW_IOC,Fuzzy,LSL_LQR,能较好地控制质量块的绝对加速度,使其隔震率达到91%以上,也验证了由弹簧和智能型阻尼组成的隔震系统是可行的,但是试验结果中加速度波形第一个峰值过后,后续的振动衰减比数值模拟的结果要慢;其主要的原因:试验量测设备的误差;冲击振动台是由弹簧固定,进行水平冲击的同时,在竖向会有小幅振动;阻尼器本身的响应时间不够快。