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CN112854513A - 一种粘滞阻尼器力学性能系数及滑移识别方法 - Google Patents

一种粘滞阻尼器力学性能系数及滑移识别方法 Download PDF

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CN112854513A CN202110043789.9A CN202110043789A CN112854513A CN 112854513 A CN112854513 A CN 112854513A CN 202110043789 A CN202110043789 A CN 202110043789A CN 112854513 A CN112854513 A CN 112854513A
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Jiangsu Engineering Co Ltd of China Railway 24th Bureau Group Co Ltd
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Abstract

本发明提供一种粘滞阻尼器力学性能系数及滑移识别方法，包括以下步骤：首先将粘滞阻尼器试验滞回曲线离散为单个滞回环并连接首尾使其闭环得到单个闭合滞回环；由单个闭合滞回环卸载段得到卸载刚度/加载刚度的粗略计算结果，并确定卸载刚度/加载刚度的取值范围；再计算精确阻尼系数和阻尼指数取值范围；再确定粘滞阻尼器的取值范围；输入基于粘滞阻尼器耗能能力的目标函数，并进行基于NM单纯形法的参数识别；得到粘滞阻尼器具有初始滑移的恢复力模型；本发明考虑了由于试验机造成的误差同时为粘滞阻尼器力学性能参数及滑移识别提供了一种更加合理可靠方法，使其能够应用于粘滞阻尼器的参数分析和非线性分析。

Description

一种粘滞阻尼器力学性能系数及滑移识别方法
技术领域
本发明涉及土木工程领域，具体是一种粘滞阻尼器力学性能系数及滑移识别方法。
背景技术
粘滞流体阻尼器是一种减振装置，一般由缸体、活塞、阻尼孔(或间隙、或两者兼有)、粘滞流体阻尼材料和导杆等部分组成，活塞在缸筒内作往复运动.活塞上有适量小孔成为阻尼孔(和活塞与缸筒间配合间隙)，缸筒内装满粘滞流体阻尼材料。当活塞与缸筒之间发生相对运动时，由于活塞前后的压力差使流体阻尼材料从阻尼孔(或间隙)中通过，从而产生阻尼力，达到耗能的目的。流体阻尼器对结构进行振动控制的机理是将结构振动的部分能量通过阻尼器中粘滞流体阻尼材料的粘滞耗能耗散掉，达到减小结构振动(地震或风振)反应的目的。
在JG/T 209-2012《建筑消能阻尼器》中，粘滞阻尼器的阻尼系数和阻尼参数通常通过拟合的方法进行识别和分析，但拟合中同时存在两个未知数造成了该两个参数的拟合可调整范围较大、一旦出现较大误差无法解释。同时由于试验机的误差可能存在一定的滑移。以上原因均造成得到的参数无法精确反应粘滞阻尼器的恢复力性能。
发明内容
本发明的目的是为解决上述技术问题，提供一种粘滞阻尼器力学性能系数及滑移识别方法。
为达到上述目的，本发明的一种粘滞阻尼器力学性能系数及滑移识别方法，包括以下步骤：
S1：将粘滞阻尼器试验滞回曲线离散为单个滞回环并连接首尾使其闭环得到单个闭合滞回环；
S2：由步骤S1中得到的单个闭合滞回环卸载段得到卸载刚度/加载刚度的粗略计算结果，然后根据粗略计算结果确定卸载刚度/加载刚度的取值范围；
S3：计算出粘滞阻尼器最大阻尼与速度相关的参数：阻尼系数和阻尼指数，再计算精确阻尼系数和阻尼指数取值范围；
S4：在步骤S1中得到的单个闭合滞回环水平段开始和结束段分别取一个点，得到两者差值，根据两者的差值确定粘滞阻尼器的取值范围；
S5：输入基于粘滞阻尼器耗能能力的目标函数，并结合S1-S4得到的参数取值范围或初始值进行基于NM单纯形法或Genetic Algorithm的参数识别；
S6：得到精确的粘滞阻尼器的阻尼系数、阻尼指数和滑移的识别结果，得到粘滞阻尼器具有初始滑移的恢复力模型；
S7：通过S6中得到粘滞阻尼器恢复力模型进行阻尼器的参数分析和非线性分析。
进一步地，步骤S2中，根据S1中得到的单个闭合滞回环卸载段斜率得到卸载刚度/加载刚度的粗略计算结果Kr，确定粘滞阻尼器卸载刚度K的取值范围为[0.9Kr,1.1Kr]。
进一步地，步骤S3的具体方法是，根据S1中得到的单个闭合滞回环曲线，根据JG/T209-2012《建筑消能阻尼器》计算得到粘滞阻尼器的粗略的阻尼系数Cr和阻尼指数αr，由此确定精确的阻尼系数C0和阻尼指数α的取值范围分别为[0.95Cr，1.05Cr]和[0.95αr,1.05αr]。
进一步地，步骤S4的具体方法是，在S1得到的单个闭合滞回环曲线滑移段取其粗略的首尾位移数值，求得两个点的插值d；由此确定粘滞阻尼器滞回曲线真实的滑移值D的取值范围为[0.95d,1.05d]。
进一步地，步骤S5中，NM单纯形法/Genetic Algorithm的目标函数为：
Jobjective＝|∫C0|[Asin(2πft)]’|αdx-Sslip-S|/S
其中S为试验滞回环围成的面积，f为粘滞阻尼器试验过程中加载正弦波的频率，Sslip为由于滑移减小的面积，由滑移段积分得到，t为正弦波的加载试件，x＝Asin(2πft)；
根据S1-S4中得到的相关参数取值范围或初始值，调用NM单纯形法或GeneticAlgorithm进行参数识别，并输入S5中NM单纯形法/Genetic Algorithm的目标函数，优化得到卸载刚度K、最大位移A、阻尼系数C0、阻尼指数α和滑移值D。
本发明具有以下有益效果：
本发明考虑了由于试验机造成的误差同时为粘滞阻尼器力学性能参数及滑移识别提供了一种更加合理可靠方法，使其能够应用于粘滞阻尼器的参数分析和非线性分析。
附图说明
图1为本发明中带滑移的粘滞阻尼器滞回曲线；
图2为本发明中NM参数识别或Genetic Algorithm方法的流程图；
图3为JG/T 209-2012《建筑消能阻尼器》确定粘滞阻尼器力学参数的方法；
图4为本发明中参数识别得到的滞回曲线与原始滞回曲线比较图；
具体实施方式
下面结合具体实施方式和附图对本发明的技术方案作进一步的介绍。
一种粘滞阻尼器力学性能系数及滑移识别方法，包括以下步骤：
S1：将粘滞阻尼器试验滞回曲线离散为单个滞回环并连接首尾使其闭环得到单个闭合滞回环；
S2：由步骤S1中得到的单个闭合滞回环卸载段得到卸载刚度/加载刚度的粗略计算结果，然后根据粗略计算结果确定卸载刚度/加载刚度的取值范围；
S3：计算出粘滞阻尼器最大阻尼与速度相关的参数：阻尼系数和阻尼指数，再计算精确阻尼系数和阻尼指数取值范围；
S4：在步骤S1中得到的单个闭合滞回环水平段开始和结束段分别取一个点，得到两者差值，根据两者的差值确定粘滞阻尼器的取值范围；
S5：输入基于粘滞阻尼器耗能能力的目标函数，并结合S1-S4得到的参数取值范围或初始值进行基于NM单纯形法或Genetic Algorithm的参数识别；
S6：得到精确的粘滞阻尼器的阻尼系数、阻尼指数和滑移的识别结果，得到粘滞阻尼器具有初始滑移的恢复力模型；
S7：通过S6中得到粘滞阻尼器恢复力模型进行阻尼器的参数分析和非线性分析。
步骤S2中，根据S1中得到的单个闭合滞回环卸载段斜率得到卸载刚度/加载刚度的粗略计算结果Kr，确定粘滞阻尼器卸载刚度K的取值范围为[0.9Kr,1.1Kr]。
步骤S3的具体方法是，根据S1中得到的单个闭合滞回环曲线，根据JG/T 209-2012《建筑消能阻尼器》计算得到粘滞阻尼器的粗略的阻尼系数Cr和阻尼指数αr，由此确定精确的阻尼系数C0和阻尼指数α的取值范围分别为[0.95Cr，1.05Cr]和[0.95αr,1.05αr]。
步骤S4的具体方法是，在S1得到的单个闭合滞回环曲线滑移段取其粗略的首尾位移数值，求得两个点的插值d；由此确定粘滞阻尼器滞回曲线真实的滑移值D的取值范围为[0.95d,1.05d]。
步骤S5中，NM单纯形法/Genetic Algorithm的目标函数为：
Jobjective＝|∫C0|[Asin(2πft)]’|αdx-Sslip-S|/S
其中S为试验滞回环围成的面积，f为粘滞阻尼器试验过程中加载正弦波的频率，Sslip为由于滑移减小的面积，由滑移段积分得到，t为正弦波的加载试件，x＝Asin(2πft)；
根据S1-S4中得到的相关参数取值范围或初始值，调用NM单纯形法或GeneticAlgorithm进行参数识别，并输入S5中NM单纯形法/Genetic Algorithm的的目标函数，优化得到卸载刚度K、最大位移A、阻尼系数C0、阻尼指数α和滑移值D。
NM单纯形法就是使用单纯形的思想，对于N维空间间可以构成N+1顶点的多面体。亦即对于拥有N个变量的函数,可以构成N+1个点。在计算开始时,先计算出每个点的函数值,查找出最大值的点(G)和最小值的点(S),再计算除G点外的其他点的中点(M,一般取平均),在GM连线方向上,计算G的反射点、扩展点、压缩点、若没有找到这些点,则在G至S的线段上计算一个收缩点，若在这些点中,存在一个最佳点,则使用这个点作为一个新的有效点,替代G点,重现构成一个新的N+1多面体。如此进行,直到找到函数的最小值点。
NM单纯形法实现简单，与其他确定性局部优化技术相比，具有优化速度快，计算量小，抗干扰能力强等优点，搜索过程只计算目标函数值，无需任何倒数信息。
Genetic Algorithm(GA)是一种模拟自然选择和遗传机制的不依靠梯度信息的智能全局优化算法，其操作简单，优化不受限制性条件的约束，具有较强的鲁棒性，对初值不敏感，对于一些大型、复杂非线性系统的全局优化问题表现出良好的性能。GeneticAlgorithm通过模拟自然界生物适者生存、优胜劣汰的遗传法则，利用选择、交叉、变异及倒位等一系列运算将适应度搞的优良个体遗传给下一代，产生新的个体。基本步骤如下：
(1)确定编码的方案；(2)解码；(3)选择适应度函数(4)确定选择策略(5)选择算子(6)确定算法的终止准则。
在MATLAB中，可直接在工作区中输入gatool调用GA工具箱、fminsearch工具箱或直接通过编程的方法，来实现以上的操作。
如图4所示，通过S6中得到粘滞阻尼器恢复力模型进行阻尼器的参数分析和非线性分析。
以上所述的具体实施操作方法，对本发明的技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述为本发明具体实施方式，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种粘滞阻尼器力学性能系数及滑移识别方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将粘滞阻尼器试验滞回曲线离散为单个滞回环并连接首尾使其闭环得到单个闭合滞回环；
S2：由步骤S1中得到的单个闭合滞回环卸载段得到卸载刚度/加载刚度的粗略计算结果，然后根据粗略计算结果确定卸载刚度/加载刚度的取值范围；
S3：计算出粘滞阻尼器最大阻尼与速度相关的参数：阻尼系数和阻尼指数，再计算精确阻尼系数和阻尼指数取值范围；
S4：在步骤S1中得到的单个闭合滞回环水平段开始和结束段分别取一个点，得到两者差值，根据两者的差值确定粘滞阻尼器的取值范围；
S5：输入基于粘滞阻尼器耗能能力的目标函数，并结合S1-S4得到的参数取值范围或初始值进行基于NM单纯形法或Genetic Algorithm的参数识别；
S6：得到精确的粘滞阻尼器的阻尼系数、阻尼指数和滑移的识别结果，得到粘滞阻尼器具有初始滑移的恢复力模型；
S7：通过S6中得到粘滞阻尼器恢复力模型进行阻尼器的参数分析和非线性分析。
2.根据权利要求1所述的一种粘滞阻尼器力学性能系数及滑移识别方法，其特征在于：步骤S2中，根据S1中得到的单个闭合滞回环卸载段斜率得到卸载刚度/加载刚度的粗略计算结果Kr，确定粘滞阻尼器卸载刚度K的取值范围为[0.9Kr,1.1Kr]。
3.根据权利要求1所述的一种粘滞阻尼器力学性能系数及滑移识别方法，其特征在于：步骤S3的具体方法是，根据S1中得到的单个闭合滞回环曲线，根据JG/T 209-2012《建筑消能阻尼器》计算得到粘滞阻尼器的粗略的阻尼系数Cr和阻尼指数αr，由此确定精确的阻尼系数C0和阻尼指数α的取值范围分别为[0.95Cr，1.05Cr]和[0.95αr,1.05αr]。
4.根据权利要求1所述的一种粘滞阻尼器力学性能系数及滑移识别方法，其特征在于：步骤S4的具体方法是，在S1得到的单个闭合滞回环曲线滑移段取其粗略的首尾位移数值，求得两个点的插值d；由此确定粘滞阻尼器滞回曲线真实的滑移值D的取值范围为[0.95d,1.05d]。
5.根据权利要求4所述的一种粘滞阻尼器力学性能系数及滑移识别方法，其特征在于：步骤S5中，NM单纯形法/Genetic Algorithm的目标函数为：
Jobjective＝|∫C0|[Asin(2πft)]’|αdx-Sslip-S|/S
其中S为试验滞回环围成的面积，f为粘滞阻尼器试验过程中加载正弦波的频率，Sslip为由于滑移减小的面积，由滑移段积分得到，t为正弦波的加载试件，x＝Asin(2πft)；
根据S1-S4中得到的相关参数取值范围或初始值，调用NM单纯形法或GeneticAlgorithm进行参数识别，并输入S5中NM单纯形法/Genetic Algorithm的目标函数，优化得到卸载刚度K、最大位移A、阻尼系数C0、阻尼指数α和滑移值D。
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