دانلود مقاله بررسی دامپرهای مگنتورئولوژیک برای شبیه سازی اکیب زمین لرزه

بررسی دامپرهای مگنتورئولوژیک برای شبیه سازی اکیب زمین لرزه

چکیده:

در بررسی های اخیر، کارایی وسایلMC برای تعدیل پاسخ زلزله أی از لحاظ تجربی و تحلیلی شده داده شده است. بررسی های قبلی بررسی کاربرد یک دامپر MR  واحد برای کنترل یک ساختمان چند طبقه متمرکز گردید. یک الگوریتم کنترل بهینه شده توسط تراشه بر اساس بازخورد شتاب برای استفاده با دامپر MR توسعه یافت. بررسی های تحلیلی، این روش را به حالتی توسعه داد که در آن دامپرهای مختلفی بکار برده می شوند. کانون این بررسی، تایید تجربی و آزمایش این نتیجه با استفاده از دستگاه های MR مختلف برای کنترل یک ساختمان است. آزمایشات در لابراتوار مهندسی زلزله و کنترل ساختاری دانشگاه واشنگتن، انجام می شوند. نتایج آزمایشی نشان می دهند که دامپرهای MR مختلف می توانند بطور موثر برای کاهش پاسخ های یک سازه بکار بروند.

1 مقدمه:

دامپرهای MR وسایل نیم فعالی هستند که ترکیب خوبی از ویژگی های

مطلوب را ارائه می کنند و کاربرد مهندسی ساختمان جالبی دارند. آنها به حداقل نیرو احتیاج دارند و می‌توانند به سرعت به تغییرات در ورودی کنترل پاسخ دهند و نسبتاً ارزان هستند و کاملاً قابل اطمینان می باشند. زیرا قطعات متحرک کمی دارند. بعلاوه، بررسی های اخیر بر روی یک دامپر 20 تنی MR در دانشگاه نوتردام نشان داده اند که این دستگاه ها نیروهای با بزرگی لازم را برای کاربردهای کنترل ساختاری در مقیاس کامل، فراهم می نمایند. ولی. چون این دستگاهها غیر خطی هستند، یکی از چالش ها در کاربرد این فن آوری به توسعه الگوریتم های کنترل مناسب مربوط می شود. بررسی های تحلیلی نشان داده اند که عملکرد سیستم های کنترل بر  اساس دامپرهای MR  وابسته به انتخاب الگوریتم بکار رفته است. در یک بررسی اخیر، یک دامپر MR واحد بکار رفته همراه با یک الگوریتم کنترل بهینه شده توسط تراشه در کاهش پاسخ های یک ساختمان چند طبقه، موثر بوده است.

بررسی های بعدی نشان داده اند که این الگوریتم برای کنترل دستگاههای نیم فعال چند گانه در یک ساختمان، مفید بوده است. عملکرد سیستم کنترل نیم فعال نشان دهنده سازگار بودن سیستم ها می باشد. در این بررسی، آزمایشات برای بررسی کاربرد دامپرهای MR چندگانه در یک ساختمان، انجام می شوند. آزمایشات در لابراتوار مهندسی زلزله و کنترل ساختاری دانشگاه واشنگتن انجام شده اند. چهار دامپر MR حالت برش برای کنترل یک ساختمان شش طبقه در معرض شتاب جاذبه تک محوری، بکار برده می شوند. دستگاههای کنترل بین طبقه همکف و طبقه اول ساختمان و بین طبقات اول و دوم ساختمان ، قرار داده می شوند. نتایج نشان می دهند که دامپرهای MR می توانند برای کاهش پاسخ های زلزله أی یک ساختمان بکار برده شوند.

2 برپا کردن دستگاه آزمایش:بررسی های آزمایشی در لابراتوار مهندسی زلزله و کنترل ساختمان دانشگاه واشنگتن انجام شدند و از یک شبیه ساز زلزله استفاده گردید که قادر به اعمال حرکت تولید شده توسط یک زلزله به یک سیستم ساختمانی است.

شبیه ساز زلزله بر روی یک جرم بتن 45000 کیلوگرم(100000 lb) قرار دارد که از کف جدا شده است. شبیه ساز شامل یک میز لغزنده آلومینیمی با یاتاقان های غیر اصطکاکی است. میز لغزنده توسط سیستم هیدرولیک حرکت می کند که از یک فعال کننده هیدرولیک 80KN ، دو سیستم 162m ISTبا IS شیرهای سرووGPM ، یک مانیفلد جانبی S910 تشکیل شده است. شبیه ساز زلزله، دارای یک دامنه فرکانس عملیاتی 0-50Hz است و می تواند به سرعت های بیش از 75cm/sec (30cm/sec) برسد و قادر به اعمال شتاب های بزرگتر از g4 برای یک بار آزمایش900kg(1Ton) می باشد. دستگاههای MR بکار رفته در اینجا از نوع دستگاه های نسخه اصلی است که بطور طرح گونه در شکل 1 نشان داده می شود و از شرکت Lord برای بررسی و ارزیابی بدست آمده است. دستگاه شامل دو صفحه ورق است که موازی با یکدیگر قرار داده شده اند. ابعاد دامپر 4.45*1.9*2.5cm است. حوزه مغناطیسی توسط یک الکترو مغناطیس تولید می شود که شامل یک سیم پیچ است که در یک سر دستگاه بسته شده است. نیروها وقتی تولید می شوند که صفحات متحرک، با پوشش یک فوم اشباع شده با سیال MR ، بین دو صفحه موازی، حرکت نمایند. نیروی بکار رفته برای دستگاه توسط یک منبع تغذیه ولتاژ منظم اعمال می شود که یک مدولاتور پهنای پالس (pwm) را به حرکت در می آورد. pwm پالس های ولتاژ را برای دامپر MRبا فرکانس بزرگتر از 20KHz بکار می برد، و سیکل کار هر پالس وابسته به ولتاژ فرمان برای مدار است.

مدار طوری کالیبره شده است که یک سیگنال فرمان 5V مربوط به سیکل کار 100% است. زمان افزایش سیستم، که توسط مقاومت و خود القایی خود سیم پیچ تعیین می شود، تقریباً 12msec است. صفحات خارجی دستگاه MR  ، 0.635cm از یکدیگر فاصله دارند. و ظرفیت نیروی دستگاه وابسته به قدرت سیال( مایع) و اندازه فاصله بین صفحات لغزنده و صفحه مرکزی است. در این آزمایش، یک صفحه مرکزی با ضخامت 0.495cm انتخاب می شود که منجر به یک فاصله 0.071cm می گردد. حداکثر نیروهای تولید شده در هر دستگاه تقریباً N20 بود. ساختمان آزمایش بکار رفته در این آزمایش از یک قاب فولادی و در شش طبقه می باشد. ( شکل 2). ساختمان 180cm بلندی دارد و دارای جرم kg147 (325lb) است که بطور یکنواخت در بین طبقات توزیع شده است. دامپرهای MR مود برش، بین طبقه هم کف و طبقه اول واقع است و بین طبقات اول و دوم ساختمان قرار دارد. دو دامپر بر روی هر کدام از دو طبقه استفاده می شوند. تعدادی از حسگرها در ساختمان مدل برای استفاده در تعیین محل کنترل نصب می شوند. شتاب سنج های واقع بر روی طبقات اول، دوم، چهارم و ششم اندازه گیری های شتاب مطلق را فراهم می نمایند و یک آشکار ساز نیرو بطور سری( متوالی) با یک دامپر MR در هر طبقه قرار داده می شود تا نیروی کنترل f بکار رونده برای سازه را اندازه گیری کنند. فقط این شش اندازه گیری (مقدار) در الگوریتم کنترل استفاده می

شوند یک نمودار طرح گونه دستگاه در شکل 3 دیده می شود.

برای تحصیل اطلاعات. آزمایشگاه دارای یک تحلیل گر سیستم و سیگنال دینامیک 20-24 از فن آوری DSP است که یک دستگاه بر اساس DSP است که می تواند چهار کانال ورودی را اندازه بگیرد و دو سیگنال خروجی را فراهم کند و فیلترهای مخصوص دارد و می تواند زوم نماید و یک دامنه پویایی 90dB نیز دارد. ویژگی ها شامل یک ژنراتور تابع، اسیلوسکپ، تحلیل گر طیف و غیره است.

اجرای کنترل کننده متمایز با استفاده از سیستم اجرای کنترل بلادرنگ تهیه شده توسط dspau اجرا می شود. سیستم برای توسعه آسان مدولار است. و شامل یک بورد 32A/D کانالی، یک بورد 6D/A ، کانالی، یک بورد پردازش سیگنال دیجیتال (DSP) بر روی تراشه 80MHz می باشد. کنترل کننده های توسعه داده شده در MATLAB می توانند فوراً به بورد DSP با استفاده از کارگاه بلادرنگ ارسال و دریافت شوند.

3 تعیین هویت سیستم: در بررسی فعلی یک سری از روش های بار رفته در مقاله spencer و Dyke برای تعیین هویت یک مدل سیستم استفاده گردید. روش بکار رفته برای مدل بندی این سیستم ها در بخش های زیر شرح داده می شود.

13 دامپر های MR مود برش یک قاب نیرو برای حصول اطلاعات مورد نیاز برای توسعه یک مدل از دستگاه های MR مود واحد استفاده شدند. قاب بار از یک فعال کننده هیدرولیک وسترن شور 2kip برای بکار بردن نیروها برای دستگاه MR استفاده می کند که بطور سری با یک آشکار ساز نیرو قرار داده می شود که توسط شرکت PCB ساخته شده است.

یک عکس از قاب بار ( نیرو) در شکل 4 ارائه می شود. پاسخ ورودی جابجایی برای یک مجموعه از یک دستگاه MR ارائه کرده است. دامپر بکار رفته در این بررسی از سیال MR در مود سوپاپ استفاده کرد. بنابراین ، دستگاه دارای دو محفظه پر شده با مایع MR بود و نیروها توسط هدایت مایع در داخل یک سوراخ در پیستون، توسعه داده شدند بعلاوه، دستگاه دارای یک انباره برای جلوگیری از کاهش سیال( مایع) بود. مدل پیشنهاد شده دستگاه. ویژگی های دستگاه را در بر داشت. یک فنر در مدل قرار داده شد تا رفتار ناشی از انباره و نشت اطراف پیستون را کنترل نماید. دستگاه های MR بکار رفته در این بررسی از نوع دامپرهای مود برش هستند. بر اساس پاسخ های سنجیده شده آزمایشی دامپر، این مدل قبلی برای مدل سازی دامپر کافی نبود. برای بدست آوردن رفتار این دستگاه، مدل مزبور در بررسی های قبلی تعدیل گردید. اجزای این مدل مربوط به انباره و نشت. حذف شدند. مدل مکانیکی حاصل در شکل 6 دیده می شود. نیرو در این سیستم چنین داده می شود.

که متغیر چنین نشان داده می شود

با تنظیم پارامترهای مدل  ،  ،  و A شخص می توند خطی بوادن را در بار برداری و هموار بودن انتقال از ناحیه قبل از تسلیم به بعد از تسلیم، کنترل نماید.

برای استفاده از دستگاه برای مقاصد کنترل، یک مدلی لازم است که قادر به پیش بینی رفتار دامپر MR برای یک ورودی فرمان متغیر زمان باشد. بنابراین، وابستگی عملیاتی پارامترها به ولتاژ فرمان، تعیین شدند، روابط زیر پیشنهاد می شوند.

 بعلاوه، همانطور که قبلاً ذکر گردید، مقاومت و خود القاء در مدار پویایی ها را به سیستم معرفی و وارد می نماید. این پویایی ها بصورت یک تاخیر زمان در پاسخ دستگاه به تغییرات در ورودی فرمان، مشاوره می شوند. این پویایی ها برای فیلتر مرتبه در نظر گرفته می شود.