Wind tunnel test of an active mass damper翻译文稿

风力工程与工业空气动力学日志 桥面板主动调谐质量阻尼器风洞试验 ------------德国汉堡工业大学结构分析与钢结构学院，德 尼凯斯特。 收于2005年十一月十七号；修订文稿收于2006年六月三十号；2006年六月三十号确定收下该稿；2006年九月一号该稿上传在网上。 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 摘要 运行主动质量阻尼器进行风洞桥段模型测试以加强颤振稳定性。伺服电机控制可以作为驱动器使用，旋转运动控制的肿块。旋转加速产生的转矩用来控制板状模型的角度运动。通过改性易卜拉欣时域手段确定可控以及不可控结构的力学参数。通过延时控制回路，确定控制的恶化程度。通过风洞的实验测试和颤振的数值分析得到临界风速。实验和数值分析结果得到认可。实验结果验证了主动质量阻尼器实用性，也被视为迈向运用于真实桥梁的第一步。 2006 Elsevier Ltd.版权所有。 关键词：振动控制；主动质量阻尼，桥面，颤振，震动，实施执行，风洞测试，改性易卜拉欣时域手段 ----------------------------------------------------------------------------------------- 1． 介绍 桥面震颤是一种空气弹性变形的不稳定现象，并引起危险的自激成对垂直的扭转振动。 没有任何危险征兆，桥就有可能崩塌。到目前为止，桥梁主动震颤控制还没有运用于现实结构。但是，我们可以想象有效强大的自主控制必要性。 相关作者：电话：4940428783976；传真+4940 42878 2585. 邮箱：r.koerlin@tuhh.de (R. Ko¨ rlin). 0167-6105/$ - 看前一页 r 2006 Elsevier Ltd. 版权所有 doi:10.1016/j.jweia.2006.06.015 R. Ko¨rlin, U. Starossek / J. Wind Eng. Ind. Aerodyn. 95 (2007) 267–277 未来的超长桥梁需要运用元件预防震颤的发生。主动质量阻尼器元件改变了桥梁结构的动态特性以增强震颤稳定性。比如：主动稳定可以由一个可变偏心重量或通过使用旋转致动改器改变规模控制转速得到实现(Ko¨ rlin and Starossek, 2004).另一种避免共振的手段是由主动控制表面和可移动大梁边缘产生的空气动力操纵(Ostenfeld and Larsen, 1992).主动空气动力对抗主动平缓桥面周围的气流产生稳定气体力。与气体动力手段相反，主动质量阻尼器可以组装，在桥主梁内部很好的运行。桥体内部的主动震颤控制器的可用性极大程度上是由构建目的，电力需要，有关安全和可靠性问题，还有时滞控制回路引起的后果决定的。为了评测这些问题，风洞测试是合适的并且很必要。 就笔者所知道的说，风洞测试还没被使用于有关配有主动质量阻尼器的桥主梁模型研究中。在Achkire et al里(1998), 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 了采用配有位移驱动器的斜拉索方式的主动震颤控制实验。在风洞测试中并没有进行这些实验。 取而代之是外部共振刺激手段，来模仿超临界速度是的震颤不稳定性。在风洞测试的帮助下，桥大梁模型垂直的共振主动筋控制阻尼的可使用性得到了验证(Ogawa et al., 2001).在震颤实验中，多种被动力学阻尼器得到了测试，比如调谐质量阻尼器 (Gu et al., 1998) 和陀螺阻尼器 (Okada et al., 2001),关于主动气体动力的方法的风洞测试已经进行了若干次。在Ni et al. (2000),里，描述了许多测试。比如：Kobayashi 和 Nagaoka (1992). 在Hansen 和 Thoft-Christensen(1996)中.我们可以找到另一个关于主动气体动力震颤控制的风洞测试的描述。 考虑到高层建筑实际操作的次数，主动质量阻尼似乎在现实桥梁结构震颤控制方面具有使用价值。在一个分析研究中，作者将多变偏心质量阻尼器和旋转驱动器进行了比较(Ko¨ rlin and Starossek, 2004). 多变偏心质量阻尼器耗能更低。这种装置会引起桥梁结构不希望的水平运动。因此，在伺服电机实验测试中，使用的是旋转器。采用的风洞测试只是找到主动质量阻尼既令人满意又可靠的解决方法的第一步。 在该论文中，叙述了旋转质量阻尼控制的截面桥梁模型风洞测试的实验装置和实验结果的相关细节。采用了改性易卜拉欣时域手段来确定机械系统参数(Sarkar et al., 1994).在震颤实验中，自主控制手段放大临界速度很是有趣。为了评估实验结果，采用霍尔维茨准则，从数值上进行震颤分析，临界风速也得以确定。要把截面气体动力参数考虑进去，比如Hortmanns提出的颤振气动导数(1997).桥面主动质量阻尼的实用性得到证明。时间延迟控制回路的效用也得到了确认。 R. Ko¨rlin, U. Starossek / J. Wind Eng. Ind. Aerodyn. 95 (2007) 267–277 269 2 实验装置 2.1 断面模型测试 该实验测试在汉堡工业大学流体动力学和船体原理研究院的风洞里进行的。试验管道有 3.5米长。气流的横截面是1.05m*1.75m。全气流横截面情况下，风速最大值是每秒50m。震荡程度为0.2%。数据一显示了风流内部区域的桥大梁的气体动力侧面图。横截面是直角，高为37.5mm,宽为300mm，长为790mm。截面模型与风流外部的H型框架相连接。该框架由八个弹簧支撑，见数据二。           截面模型在垂直于风向水平轴周围以二级自由度垂直位移h和回转位移a移动。水平弹簧阻止了受测管段沿风向水平移动。可以发生垂直于风向水平移动，但这是可以忽略的。测试管道允许自由振荡的检测。通过磁性接触件初始位移固定在H型悬挂装置的端点处。可以同时运用一个控制元件撤除磁体接触。下面是包括大量安装的自主震动阻尼器在内的震动模型惯量：质量M=7.39kg,质量惯性矩I =0.136kgm2.每个弹簧的弹簧常数是0.26N/mm.实验确定模型的弹簧和阻尼参数。 2.2 伺服驱动器 两台Fritz Faulhaber GmbH博士的无刷48 V直流伺服发动机3564K048B 用来作控制之用 。他们被固定住，在风洞外部的两面模型的对称轴中的H型装置不发生相对移动，见数据二。注意：促动器的位置不固定在风道测试或真实桥主梁旋转促动器的安装启动的横截面的对称轴。 两个.伺服发动机最大持续转矩为44mNm，转速为58赫兹。转矩常量为37.02mNm/A.最大转速为72赫兹。持续电流为1.36安，发动机输出的功率为101瓦。转矩加强传输装置并未启动。一台360瓦功率的元件为每台发动机提供能量。据数据表显示，伺服动力的功效上升至82%。Fritz Faulhaber GmbH博士的光学编码为HEDS5540A，每圈500线，用来测量伺服发动机角度。编码还起着另一个作用：升至发动机的顶部，测量角度加速率，该速率通过双时区分测量角度手段测量得到。Fritz FaulhaberGmbH博士的.伺服动力BLD 7010被用来伺服发动机控制。为了转矩控制，输入值信号显示为 10 V。马达电流与马达转矩之间程度上很大的直线关系是该测试伺服驱动内部控制回路的特性。       电动机的装载磁盘每个重56.1克。大约每个重为47.0克伺服马达转子加到附加的整体驱动控制质量。相当少的光脉冲发生器转盘可以忽略。因此，两个伺服发动机的控制质量为206.2克。 转子和脉冲旋转盘的惯性质量矩为34。6g cm2。在同质性的假设下，装载磁盘的质量可以根据几何方法确定。近乎55 g cm2。为了得到电动机负载的惯性质量矩，伺服马达以上面所提到的最大转矩运行。 相应的角速度就可测量了。每个马达的实验得到的电机负荷惯性质量矩为116:5 g cm2通过测量伺服马达电流和马达转矩常量，就可以确认所得结果的正确性。同方向转动，两个伺服触发器的整个惯性质量矩为233:0 g cm2。 阻尼器质量和质量之间的质量比率为2.8%。考虑到旋转的自由度，惯性的质量矩输出的质量比率为0.02%。在真实主梁中操作旋转触发器也可以得到一个相对较小的价值 。  可是马达转矩震颤控制的实用性不仅由质量比率决定，还得由像最大角速度和加速度的其他特征值确定。分析结果显示当使用地质量比率提供给旋转器，所需能量更大。(Ko¨ rlin andStarossek, 2004). 数据一：风洞里的截面 数据二：实验装置 2.3 实时控制执行 主动震动控制器确定控制力，该控制力为伺服电动机的转矩，来自测量结构反应。用Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH的感应位置编码器测量截面模型的移动。位置编码器和测量放大系统的输入能量被同公司的测量放大元件MGCplus调节。为了在电脑上实现所需输入值和数据处理的结果显示，使用了Humusoft公司的I / O卡MF 614。Math Works使用股份责任有限公司的软件实时视窗对象运行实时控制执行，给Matlab Simulink提供窗口。 桥体截面模型的角速度得到控制。控制力是伺服电动机的转矩。控制法则： 的但反馈可以用下面的事实解释。首先，通过震动阻尼产生的条件控制h和 事先未被考虑，其次，在 中的平衡点的位移不会产生连续马达转矩。控制参数在实验中得到确认。 3.系统确认 在确定力学参数过程中，使用了非控和已控结构的自由振动测试。在这些初次测试中，桥面不受风力的影响。风速V=0.数据三阐述的是受测结构的反应和控制力u的 时间序列。 反应时间下降并保持最终值的5%，该时间被当做既稳定时间。主动质量阻尼器将回转振动的稳定时间a从3.16秒下降至2.03秒。由于垂直振动的稳定时间h也被控制力减少，从5.41秒降至3.45秒，在两个自由度之间（见上文）存在一个机械式联轴器。再者，看下表 继续阅读