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桅杆结构是由柔索和细长的杆身组成的高耸结构,斜拉的纤绳和杆身使其非线性振动十分复杂,在正常设计、建造及材料情况下,桅杆结构破坏发生的比例之高在土木工程界是少见的。本文以这样一个实际工程中的疑难问题为背景,对MR阻尼器用于桅杆结构风振响应的智能控制问题进行了较为系统的研究。 本文介绍了磁流变液的构成原理和力学性能,详细阐述了利用磁流变液制成的MR阻尼器的基本原理、组成、力学模型和力学性能。根据抗风设计的要求和桅杆结构自身的特点,创新的提出了适合于桅杆结构振动控制的MR阻尼器—弹簧系统。 在水平力的作用下,桅杆结构变形呈现大变形特征,因此,在结构的静、动力分析中必须考虑其几何非线性效应。本文基于修正的拉格朗日坐标描述法,利用有限元的基本理论,推导了空间四节点索单元的大位移刚度矩阵的具体表达式。在将桅杆结构离散为空间四节点索单元和空间梁单元的计算模型的基础上,提出了桅杆结构顺风向风振响应的非线性时域分析方法,突破了传统的用随机振动理论对桅杆结构进行频域分析的方法,仿真分析结果表明能够反映桅杆结构的基本特征。 根据本文提出的MR阻尼器—弹簧系统和桅杆结构非线性计算模型,文中提出了使MR阻尼器所提供的控制力尽量接近瞬时最优主动控制力,同时又能尽量耗能的MR阻尼器对桅杆结构风振响应半主动控制基于阻尼器位移的“开关—耗能”半主动控制策略,并在时域内进行了仿真分析。仿真分析表明可以有效地减小桅杆结构纤绳与杆身连接处的位移响应的幅值与峰值,能提高结构的疲劳寿命,通过调节MR阻尼器的作用位置可以改善对桅杆顶部位移响应的控制效果。 本文还介绍了国内外学者目前对模糊控制的研究进展,并研究了MR阻尼器对桅杆结构风振响应的模糊控制问题。采用双输入单输出的模糊控制策略,分别以位移、速度和加速度的三种组合为输入值进行了模拟仿真分析。结果表明,模糊控制是一种有效的控制策略,受控结构在不同的输入变量下其结构响应具有很明显的差异,在实际应用中可依据不同的控制目标和控制要求灵活地选择输入变量以得到不同的控制效果。