Luận án Tiến sĩ Cơ học: Điều khiển dao động kết cấu dựa trên mô hình sử dụng lý thuyết mờ và đại số gia tử

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:144

Thêm vào BST

Báo xấu

33
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài nhằm thiết kế được bộ điều khiển chủ động dao động của kết cấu dựa trên mô hình sử dụng lý thuyết mờ và lý thuyết đại số gia tử. Trong đó, nhiệm vụ chính là thiết lập được công thức tường minh thể hiện mối quan hệ giữa các biến trạng thái (chuyển vị và vận tốc) với biến điều khiển (lực điều khiển) của bộ điều khiển dựa trên lý thuyết đại số gia tử và ứng dụng được công thức tường minh này vào điều khiển dao động kết cấu dựa trên mô hình gồm khảo sát ổn định hệ khi có trễ, điều khiển trễ và điều khiển ở chế độ trượt.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Cơ học: Điều khiển dao động kết cấu dựa trên mô hình sử dụng lý thuyết mờ và đại số gia tử

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LÊ TÙNG ANH ĐIỀU KHIỂN DAO ĐỘNG KẾT CẤU DỰA TRÊN MÔ HÌNH SỬ DỤNG LÝ THUYẾT MỜ VÀ ĐẠI SỐ GIA TỬ LUẬN ÁN TIẾN SĨ CƠ HỌC Hà Nội - 2020
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LÊ TÙNG ANH ĐIỀU KHIỂN DAO ĐỘNG KẾT CẤU DỰA TRÊN MÔ HÌNH SỬ DỤNG LÝ THUYẾT MỜ VÀ ĐẠI SỐ GIA TỬ Ngành: Cơ học Mã số: 9440109 LUẬN ÁN TIẾN SĨ CƠ HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS.TS. BÙI HẢI LÊ 2. TS. BÙI VĂN BÌNH Hà Nội - 2020
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan những nội dung trình bày trong luận án này được tôi nghiên cứu dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS. Bùi Hải Lê và TS. Bùi Văn Bình. Các số liệu, kết quả nghiên cứu trong luận án là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Hà Nội, ngày tháng 12 năm 2020 NGƯỜI HƯỚNG DẪN NGHIÊN CỨU SINH PGS.TS. Bùi Hải Lê TS. Bùi Văn Bình Lê Tùng Anh i
LỜI CẢM ƠN Tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc và chân thành nhất đến hai thầy hướng dẫn của tôi là PGS.TS. Bùi Hải Lê - Viện Cơ khí - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội và TS. Bùi Văn Bình - Khoa Cơ khí - Trường Đại học Điện lực. Các thầy đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo tôi trong suốt quá trình nghiên cứu để tôi có thể hoàn thành luận án này. Tôi cũng xin được gửi lời cám ơn đến các thành viên khác trong nhóm nghiên cứu đã giúp đỡ trong trong suốt thời gian tôi thực hiện luận án. Tôi xin trân trọng cảm ơn Bộ môn Cơ học vật liệu và kết cấu - Viện Cơ khí, Phòng Đào tạo - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi, tận tình giúp đỡ và đóng góp các ý kiến quý báu cho tôi trong quá trình thực hiện luận án. Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã khuyến khích, hỗ trợ, động viên tôi trong suốt thời gian qua. Hà Nội, ngày tháng 12 năm 2020 NGHIÊN CỨU SINH Lê Tùng Anh ii
MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vii DANH MỤC CÁC BẢNG xii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ xiii MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 5 1.1. Tóm lược về dao động kết cấu 5 1.2. Các giải pháp giảm dao động có hại của kết cấu 5 1.3. Điều khiển chủ động kết cấu 6 1.3.1. Khái niệm 6 1.3.2. Thuật toán điều khiển chủ động 8 1.3.3. Máy kích động và các phương thức điều khiển chủ động 9 1.3.3.1. Các loại máy kích động 9 1.3.3.2. Các phương thức điều khiển 9 1.3.4. Phương trình trạng thái kết cấu được điều khiển chủ động 11 1.4. Tình hình nghiên cứu và một số nhận xét 12 1.4.1. Tình hình nghiên cứu 12 1.4.1.1. Một số ứng dụng về điều khiển chủ động kết cấu 12 1.4.1.2. Điều khiển không sử dụng lý thuyết mờ 15 1.4.1.3. Điều khiển dựa trên lý thuyết mờ 16 1.4.1.4. Điều khiển dựa trên mô hình 18 iii
1.4.1.5. Điều khiển dựa trên lý thuyết đại số gia tử 21 1.4.2. Một số nhận xét 22 1.5. Đề xuất nội dung nghiên cứu của luận án 23 1.6. Kết luận chương 23 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 25 2.1. Mô hình nghiên cứu tổng quát 25 2.2. Điều khiển dựa trên lý thuyết mờ 27 2.2.1. Các khái niệm 27 2.2.1.1. Tập mờ 27 2.2.1.2. Các phép toán trên tập mờ 28 2.2.1.3. Hợp thành mờ 28 2.2.1.4. Giải mờ 29 2.2.1.5. Biến ngôn ngữ 29 2.2.2. Bộ điều khiển chủ động kết cấu dựa trên lý thuyết mờ 30 2.2.2.1. Mờ hóa 31 2.2.2.2. Cơ sở luật mờ 32 2.2.2.3. Hợp thành mờ 32 2.2.2.4. Giải mờ 32 2.2.3. Nhận xét về bộ điều khiển mờ truyền thống 32 2.3. Điều khiển dựa trên lý thuyết đại số gia tử 33 2.3.1. Khái niệm 33 2.3.1.1. Giới thiệu 33 2.3.1.2. Ý tưởng và các công thức cơ bản của HA 34 2.3.2. Bộ điều khiển chủ động kết cấu dựa trên đại số gia tử 41 2.3.2.1. Ngữ nghĩa hóa và giải ngữ nghĩa 42 iv
2.3.2.2. Cơ sở luật HA 43 2.3.2.3. Hợp thành HA 43 2.3.3. Nhận xét về bộ điều khiển dựa trên đại số gia tử 44 2.4. Kết luận chương 45 CHƯƠNG 3. ĐIỀU KHIỂN DAO ĐỘNG KẾT CẤU DỰA TRÊN 46 MÔ HÌNH SỬ DỤNG LÝ THUYẾT MỜ VÀ ĐẠI SỐ GIA TỬ 3.1. Thiết lập công thức tường minh của bộ điều khiển dựa trên đại 46 số gia tử 3.1.1. Xét trường hợp các tham số độc lập fm(c) = (h) = 0.5 47 3.1.2. Xét trường hợp các tham số độc lập fm(c) = 0.4 và (h) = 0.6 51 3.1.3. Xét trường hợp các tham số độc lập fm(c) = 0.6 và (h) = 0.4 57 3.2. Áp dụng công thức tường minh của HAC trong điều khiển trễ 64 3.3. Áp dụng công thức tường minh của HAC trong điều khiển 66 trượt 3.4. Thuật toán điều khiển và chương trình tính 68 3.5. Kết luận chương 70 CHƯƠNG 4. MÔ PHỎNG SỐ 71 4.1. Kiểm chuẩn mô hình 71 4.2. Mô phỏng số 74 4.2.1. Bài toán hệ rời rạc 01 bậc tự do 74 4.2.1.1. Mô hình nghiên cứu 74 4.2.1.2. Điều khiển trễ dao động kết cấu dựa trên đại số gia tử 74 4.2.1.3. Điều khiển trượt dao động kết cấu dựa trên đại số gia tử 77 4.2.1.4. Điều khiển trượt dao động kết cấu dựa trên đại số gia tử 79 có xét đến ảnh hưởng của thời gian trễ 4.2.2. Bài toán hệ rời rạc 03 bậc tự do 83 4.2.2.1. Mô hình nghiên cứu 83 v
4.2.2.2. Mô phỏng điều khiển trễ sử dụng HAC 83 4.2.2.3. Mô phỏng điều khiển trượt sử dụng HAC và so sánh với 91 điều khiển trượt SMC 4.2.2.4. Mô phỏng điều khiển trượt sử dụng HAC và so sánh với 101 điều khiển mờ - trượt sFC 4.2.2.5. Ảnh hưởng của khoảng xác định của các biến trạng thái 111 đến hiệu quả điều khiển 4.2.2.6. Thời gian tính toán của các bộ điều khiển 112 4.3. Kết luận chương 113 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 115 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 117 TÀI LIỆU THAM KHẢO 118 vi
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT [A],{A1},{A2} Các ma trận trong phương trình không gian trạng thái AX, AU Các cấu trúc đại số gia tử C Tập chứa các phần tử đặc trưng cận phải, cận trái và trung hòa [C] Ma trận cản của kết cấu ci Cản của bậc tự do thứ i c+ Phần tử sinh dương c- Phần tử sinh âm D Tập nền di(t) Chuyển vị của tầng thứ i khi được điều khiển dmax Chuyển vị cực đại khi không điều khiển e Tên biến ngôn ngữ E*, E**, F*, F** Tập con của tập nền D {Fe} Véc tơ ngoại lực {Fu} Véc tơ lực điều khiển fm Độ đo tính mờ của các phần tử sinh G Tập các phần tử sinh H Tập các gia tử H+ Tập các gia tử dương H- Tập các gia tử âm h+ Các gia tử dương h- Các gia tử âm J1 Chỉ tiêu chuyển vị tương đối J2 Chỉ tiêu gia tốc tuyệt đối vii
[K ] Ma trận độ cứng kết cấu ki Độ cứng của bậc tự do thứ i [M ] Ma trận khối lượng kết cấu mi Khối lượng của bậc tự do thứ i n Số bậc tự do P Cú pháp tạo nên các giá trị của biến ngôn ngữ Q Lực suy rộng S Luật ngữ nghĩa {S} Ma trận thiết kế sat(ui) Lực điều khiển tới hạn T Động năng t Thời gian Tmin Chu kỳ dao động riêng nhỏ nhất của kết cấu {u} Véc tơ biến điều khiển W Phần tử trung hòa trong tập giá trị ngôn ngữ X Tập hợp các giá trị ngôn ngữ của biến ngôn ngữ xai (t ) Gia tốc tuyệt đối của tầng thứ i khi được điều khiển xa max Gia tốc tuyệt đối cực đại khi không điều khiển {x} Véc tơ biến trạng thái x0 Tải gia tốc tại liên kết Y Tập tham chiếu {z} Véc tơ biến trạng thái  Tổng độ đo tính mờ của các gia tử âm  Tổng độ đo tính mờ của các gia tử dương viii
1, 2, 3 Các hệ số trong công thức tường minh { } Véc tơ đơn vị  Tham số giải mờ [] Ma trận định vị bộ điều khiển 1, 2 Các hệ số tích phân trong thuật toán Newmark  Ánh xạ ngữ nghĩa định lượng  Hàm thuộc  Độ đo tính mờ của các gia tử  Ánh xạ ngữ nghĩa định lượng của phần tử trung hòa  Bề mặt trượt  Độ trễ đầu vào  Khoảng mờ của các thuật ngữ  Thế năng  Hàm hao tán Bi Lớn - Big LNe Hơi âm - Little Negative LPo Hơi dương - Little Positive LBi Hơi lớn - Little Big LSm Hơi nhỏ - Little Small Ne Âm - Negative Po Dương - Positive Sm Nhỏ - Small VBi Rất lớn - Very Big VNe Rất âm - Very Negative ix
VPo Rất dương - Very Positive VSm Rất nhỏ - Very Small W Không Z Không - Zero AFSM Adaptive Fuzzy Sliding Mode Control AMD Active Mass Damper ATMD Active Tuned Mass Damper CLOC Classical Optimal Active Control CPU Central Processing Unit deFC Điều khiển trễ dựa trên lý thuyết mờ deHAC Điều khiển trễ dựa trên lý thuyết đại số gia tử de-sHAC Điều khiển trượt dựa trên lý thuyết đại số gia tử có kể đến trễ DOF Degree of Freedom DNN Dynamic Neural Network EFLC Evolutionary Fuzzy Logic Controller FAM Fuzzy Associative Memory FC Fuzzy Control FJM Flexible Joint Manipulator FLC Fuzzy Logic Control FMB Fuzzy Model-Based FRBCs Fuzzy Rule Based Classifiers FSC Fuzzy Supervisory Control FSMC Fuzzy Sliding Mode Control GA Genetic Algorithm GFLC Genetic Algorithm and Fuzzy Logic Control x
HA Hedge Algebras HAC Hedge Algebras Control IRA Interstory Response Amplification LQG Liner Quadratic Gaussian LQR Liner Quadratic Regulator MBBC Modified Bang-Bang Controller MR Magnetorheological MRFC Modal-Space Reference-Model-Tracking Fuzzy Control PD Proportional Derivative PID Proportional Integral Derivative PVI Pneumatic Vibration Isolator SAM Semantic Associative Memory sFC Điều khiển trượt dựa trên lý thuyết mờ sHAC Điều khiển trượt dựa trên lý thuyết đại số gia tử SMC Sliding Mode Control SMFC Sliding Mode Fuzzy Control SQM Semantically Quantifying Mapping SSMC Saturated Sliding Mode Controller STFLC Self-Tuning Fuzzy Logic Controller VSC Variable Structure Control xi
DANH MỤC CÁC BẢNG Tên bảng Trang Bảng 2.1. Bảng FAM 32 Bảng 2.2. SQM  của một số giá trị ngôn ngữ của X 41 Bảng 2.3. Bảng SAM 43 Bảng 3.1. Các giá trị ngôn ngữ với SQMs của các biến 47 Bảng 3.2. Biểu diễn số của cơ sở luật HA khi fm(c) = (h) = 0.5 48 Bảng 3.3. Biểu diễn số của cơ sở luật HA khi fm(c) = 0.4, (h) = 0.6 51 Bảng 3.4. Quan hệ giữa biến điều khiển và biến trạng thái khi fm(c) = 54 0.4, (h) = 0.6 Bảng 3.5. Biểu diễn số của cơ sở luật HA khi fm(c) = 0.6, (h) = 0.4 57 Bảng 3.6. Quan hệ giữa biến điều khiển và biến trạng thái khi fm(c) = 60 0.6, (h) = 0.4 Bảng 4.1. Chỉ tiêu J1, J2 của các bộ điều khiển 77 Bảng 4.2. Giá trị cực đại của các chỉ tiêu khi thời gian trễ thay đổi 82 Bảng 4.3. Nghiệm của phương trình đặc trưng 84 Bảng 4.4. Chỉ tiêu J1 và J2 trường hợp động đất El Centro, umax = 84 700N và τ = 0 ms Bảng 4.5. Các chỉ tiêu J1 và J2 trong 3 trường hợp động đất, τ là ngẫu 88 nhiên Bảng 4.6. Giá trị cực đại của các chỉ tiêu trong trường hợp động đất El 91 Centro Bảng 4.7. Giá trị cực đại của các chỉ tiêu trong trường hợp động đất El 101 Centro, umax = 700N Bảng 4.8. So sánh thời gian tính toán (s) của các bộ điều khiển 113 xii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Tên hình Trang Hình 1.1. Các phương pháp điều khiển dao động kết cấu 7 Hình 1.2. Phương thức điều khiển thứ nhất 10 Hình 1.3. Phương thức điều khiển thứ hai 10 Hình 1.4. Phương thức điều khiển thứ ba 11 Hình 1.5. Tòa nhà Kyobashi Seiwa và thiết bị AMD 13 Hình 1.6. Thiết bị AMD chính và AMD phụ 13 Hình 1.7. Tháp Yokohama Landmark và AMD dạng con lắc 14 Hình 1.8. Sơ đồ cấu tạo của AMD 14 Hình 1.9. Tháp truyền hình Nanjing, AMD dạng đai và máy kích động 15 Hình 1.10. Sơ đồ của AMD lắp tại tháp truyền hình Nanjing 15 Hình 2.1. Mô hình kết cấu hữu hạn bậc tự do 25 Hình 2.2. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của FC tỉ lệ - vi phân 30 Hình 2.3. Mờ hóa chuyển vị 31 Hình 2.4. Mờ hóa vận tốc 31 Hình 2.5. Mờ hóa lực điều khiển 31 Hình 2.6. Các ánh xạ ngữ nghĩa định lượng  khi  = 0.5;  = 0.5 37 Hình 2.7. Các ánh xạ ngữ nghĩa định lượng  khi  = 0.4;  = 0.6 39 Hình 2.8. Các ánh xạ ngữ nghĩa định lượng  khi  = 0.6;  = 0.4 40 Hình 2.9. Khoảng mờ của các thuật ngữ  41 Hình 2.10. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của HAFC tỉ lệ - vi phân 42 Hình 2.11. Đường cong ngữ nghĩa định lượng - phép nhân 43 Hình 2.12. Đường cong ngữ nghĩa định lượng - phép cộng 44 xiii
Tên hình Trang Hình 2.13. Mặt cong ngữ nghĩa định lượng 44 Hình 3.1. Phạm vi biểu diễn của các thuật ngữ chính 46 Hình 3.2. Sơ đồ chuẩn hóa các biến trạng thái 47 Hình 3.3. Lưới số HA (phẳng) khi fm(c) = (h) = 0.5 49 Hình 3.4. Giải chuẩn biến điều khiển 50 Hình 3.5. Lưới số HA (không phẳng) khi fm(c) = 0.4, (h) = 0.6 52 Hình 3.6. Lưới số HA (không phẳng) khi fm(c) = 0.6, (h) = 0.4 58 Hình 3.7. Sơ đồ nguyên lý điều khiển trượt 66 Hình 3.8. Sơ đồ thuật toán điều khiển chủ động kết cấu 68 Hình 3.9. Sơ đồ các khối điều khiển trễ, trượt dựa trên HAC 69 Hình 4.1. Mô hình kết cấu 10 bậc tự do chịu tải gia tốc 71 Hình 4.2. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của HAC cho u3 và u6 72 Hình 4.3. So sánh chuyển vị theo thời gian của x10 73 Hình 4.4. So sánh chuyển vị cực đại của 10 bậc tự do 73 Hình 4.5. Mô hình kết cấu 1 bậc tự do chịu tải gia tốc 74 Hình 4.6. Thay đổi của các chỉ tiêu J1, J2 theo thời gian trễ 75 Hình 4.7. Chuyển vị, gia tốc của kết cấu và lực điều khiển khi  = 15ms 76 Hình 4.8. Chuyển vị tương đối, gia tốc tuyệt đối và lực điều khiển 78 Hình 4.9. Chuyển vị, gia tốc của kết cấu và lực điều khiển khi  = 0ms 80 Hình 4.10. Chuyển vị, gia tốc của kết cấu và lực điều khiển khi  = 20 81 ms Hình 4.11. Thay đổi của các chỉ tiêu J1, J2 theo thời gian trễ 82 Hình 4.12. Mô hình kết cấu 3 bậc tự do chịu tải gia tốc 83 Hình 4.13. Sự thay đổi (%) của J1 và J2 với thời gian trễ, động đất El 85 Centro xiv
Tên hình Trang Hình 4.14. Sự thay đổi (%) của J1 và J2 với thời gian trễ, động đất 86 Northridge Hình 4.15. Sự thay đổi (%) của J1 và J2 với thời gian trễ, động đất 87 Imperial Valley Hình 4.16. Dữ liệu ngẫu nhiên của thời gian trễ 88 Hình 4.17. Chuyển vị của tầng 1, gia tốc tuyệt đối của tầng trên cùng và 89 lực điều khiển (động đất El Centro, u1max = 700 N và τ = 20 ms) Hình 4.18. Chuyển vị của tầng 1, gia tốc tuyệt đối của tầng trên cùng và 90 lực điều khiển (động đất El Centro, umax = 700 N và τ là ngẫu nhiên) Hình 4.19. Chuyển vị của tầng 1, gia tốc tuyệt đối của tầng trên cùng và 92 lực điều khiển (động đất El Centro) Hình 4.20. Chuyển vị tương đối cực đại và gia tốc tuyệt đối cực đại của 93 các tầng (động đất El Centro, umax = 700 N) Hình 4.21. Chuyển vị của tầng 1, gia tốc tuyệt đối của tầng trên cùng và 94 lực điều khiển (động đất Northridge) Hình 4.22. Chuyển vị tương đối cực đại và gia tốc tuyệt đối cực đại của 95 các tầng (động đất Northridge, umax = 700 N) Hình 4.23. Chuyển vị của tầng 1, gia tốc tuyệt đối của tầng trên cùng và 96 lực điều khiển (động đất Imperial Valley) Hình 4.24. Chuyển vị tương đối cực đại và gia tốc tuyệt đối cực đại của 97 các tầng (động đất Imperial Valley, umax = 700 N) Hình 4.25. Chuyển vị tương đối cực đại và gia tốc tuyệt đối cực đại của 98 các tầng với các tham số không chắc chắn (động đất El Centro) Hình 4.26. Chuyển vị tương đối cực đại và gia tốc tuyệt đối cực đại của 99 các tầng với các tham số không chắc chắn (động đất Northridge) Hình 4.27. Chuyển vị tương đối cực đại và gia tốc tuyệt đối cực đại của 100 các tầng với các tham số không chắc chắn (động đất Imperial Valley) Hình 4.28. Chuyển vị của tầng 1, gia tốc tuyệt đối của tầng trên cùng, 102 chuyển vị của tầng trên cùng và lực điều khiển (động đất El Centro) Hình 4.29. Chuyển vị tương đối cực đại và gia tốc tuyệt đối cực đại của 103 các tầng (động đất El Centro) xv
Tên hình Trang Hình 4.30. Chuyển vị của tầng 1, gia tốc tuyệt đối của tầng trên cùng, 104 chuyển vị của tầng trên cùng và lực điều khiển (động đất Northridge) Hình 4.31. Chuyển vị tương đối cực đại và gia tốc tuyệt đối cực đại của 105 các tầng (động đất Northridge) Hình 4.32. Chuyển vị của tầng 1, gia tốc tuyệt đối của tầng trên cùng, 106 chuyển vị của tầng trên cùng và lực điều khiển (động đất Livermore) Hình 4.33. Chuyển vị tương đối cực đại và gia tốc tuyệt đối cực đại của 107 các tầng (động đất Livermore) Hình 4.34. Chuyển vị tương đối cực đại và gia tốc tuyệt đối cực đại của 108 các tầng với các tham số m, k ngẫu nhiên (động đất El Centro) Hình 4.35. Chuyển vị tương đối cực đại và gia tốc tuyệt đối cực đại của 109 các tầng với các tham số m, k ngẫu nhiên (động đất Northridge) Hình 4.36. Chuyển vị tương đối cực đại và gia tốc tuyệt đối cực đại của 110 các tầng với các tham số m, k ngẫu nhiên (động đất Livermore) Hình 4.37. Ảnh hưởng của khoảng xác định của các biến trạng thái đến 111 chuyển vị tương đối cực đại và gia tốc tuyệt đối cực đại của kết cấu trong trận động đất El Centro Hình 4.38. Ảnh hưởng của khoảng xác định của các biến trạng thái đến 112 chuyển vị tương đối cực đại và gia tốc tuyệt đối cực đại của kết cấu trong trận động đất Northridge Hình 4.39. Ảnh hưởng của khoảng xác định của các biến trạng thái đến 112 chuyển vị tương đối cực đại và gia tốc tuyệt đối cực đại của kết cấu trong trận động đất Imperial Valley xvi
MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề Dao động là một hiện tượng phổ biến trong tự nhiên và trong kỹ thuật [1]. Dao động có thể có lợi hoặc có hại tùy thuộc vào các trường hợp cụ thể. Đối với các hệ kỹ thuật, rất nhiều các dạng dao động là có hại. Các dao động có hại này ảnh hưởng đến sự an toàn, trạng thái sức khỏe và tâm sinh lý của con người; đến độ bền, độ ổn định của kết cấu và công trình; đến độ chính xác của các máy móc, phương tiện, thiết bị và các dây chuyền sản xuất. Như vậy trong các hệ kỹ thuật nói chung, có thể thấy rằng yêu cầu giảm dao động có hại là rất cần thiết [2]. Vấn đề giảm dao động có hại của các kết cấu, các hệ kỹ thuật là một trong những quan tâm hàng đầu của rất nhiều cơ quan nghiên cứu khoa học, nhà khoa học, cơ sở nghiên cứu và ứng dụng. Dao động có hại xuất hiện trong khá nhiều lĩnh vực như phương tiện giao thông chịu kích động bề mặt tiếp xúc; tàu thuyền và các công trình ngoài khơi chịu tác động của các tải trọng sóng, gió, dòng chảy và nhiệt độ; các tháp vô tuyến, các công trình cao tầng chịu tác động của tải trọng gió và động đất; các công trình cầu nhịp lớn chịu tác động của các phương tiện vận tải; các công trình cầu treo dây văng và dây võng chịu tải trọng gió, bão; các thiết bị, các tua bin hoạt động với tốc độ cao,… Hiện nay, các loại dao động này ngày càng nguy hiểm và cần được quan tâm thích đáng vì 03 lý do sau đây [2]: (i) Sự tăng lên về quy mô kết cấu, về tốc độ máy móc và cường độ kích động ngoài; (ii) Sự cấp thiết về việc giảm giá thành, chi phí sản xuất và lắp dựng các kết cấu khối lớn; (iii) Yêu cầu cao về đảm bảo an toàn cho các kết cấu quan trọng. Trước đây, phương pháp phổ biến để giảm dao động là tăng cường độ cứng cho kết cấu. Tuy nhiên phương pháp này gặp phải vấn đề về chi phí và độ phức tạp mà công nghệ không cho phép. Vì thế, trong vài thập kỷ gần đây, trên thế giới đã phát triển công nghệ sử dụng các thiết bị tiêu tán năng lượng để giảm dao động. Việc sử dụng thiết bị tiêu tán năng lượng có nhiều ưu điểm như tính kinh tế, hiệu quả, tăng tuổi thọ công trình, cài đặt và thay thế đơn giản. Ước tính, sử dụng thiết bị tiêu tán năng lượng có thể chỉ chiếm 25% chi phí so với việc gia cố kết cấu cho các bộ phận thép và bê tông. Trong quá trình lắp đặt, hệ thống vẫn có thể đang ở trạng thái làm việc. Với hiệu quả về kinh tế và kỹ thật, công nghệ sử dụng các thiết bị tiêu tán năng lượng trở thành một hướng triển vọng để nghiên cứu ứng dụng và phát triển. Bên cạnh việc sử dụng các thiết tiêu tán năng lượng như nói trên, một giải pháp khác có thể giảm dao động có hại đó là đặt thêm lực để giảm biên độ dao động kết cấu. Đối với kết cấu công trình, điều khiển chủ động là giải pháp giảm dao động Trang 1