تحلیل غیرخطی کنترل ارتعاشات سازه های هوشمند مجهز به میراگرهای مگنتورئولوژیک با در نظرگیری الگوریتم بهینه سازی

در چند دهه ی اخیر، افزایش کارایی و ایمنی سازه ها در برابر خطرات طبیعی از قبیل زلزله های شدید، با استفاده از ایده ی کنترل سازه ها توجه محققین بسیاری را به خود جلب کرده است. سیستم های مختلف کنترل سازه ها بر حسب میزان انرژی مورد نیاز و نحوه ی تأثیرگذاری روی سیستم به سه گروه عمده ی غیرفعال، فعال و نیمه فعال تقسیم می شوند. سیستم های نیمه فعال، با توجه به دارا بودن ویژگی های هر دو گروه، یعنی قابل اطمینان بودن سیستم های کنترل غیرفعال و سازگاری و انطباق پذیری سیستم های کنترل فعال، عملکرد نسبی بهتری در کنترل پاسخ سازه ها دارند. میراگرهای با سیال قابل کنترل توسط میدان مغناطیسی(magnetorheological damper) از ابزارهای کنترل نیمه فعال بوده که در سالیان اخیر بسیار مورد توجه قرارگرفته است. این دسته از ابزار کنترل نسبت به اعمال میدان مغناطیسی، تغییر شدیدی در رفتار جریان سیال از خود نشان داده و از یک سیال با حالت جریان آزاد و ویسکوز خطی، به یک ماده شبه جامد و با مقاومت قابل کنترل تبدیل می شود؛ به دلیل سادگی مکانیکی، محدوده ی عملکرد بالا و عدم نیاز به منبع انرژی خارجی پر قدرت، میراگرهای mr در کنترل سازه ها بسیار مورد توجه قرارگرفته اند. در این پایان نامه، نحوه ی عملکرد میراگرهای mr شرح داده شده و پس از بررسی مدل های مختلف موجود جهت پیش بینی رفتار دینامیکی غیرخطی این میراگرها، از مدل بوک-ون جهت شبیه سازی رفتار دینامیکی میراگر استفاده شده است. عملکرد میراگرهای mr در سازه های تمام مقیاس 3 و 20 طبقه ی بنچ مارک غیرخطی تحت اثر تحریک های مختلف مورد ارزیابی قرارگرفته است. این تحریکات شامل زلزله های دور گسل و نزدیک گسل با مقیاس های مختلف می باشد. برای بیان رفتار غیرخطی از یک مدل هیسترزیس دوخطی لنگر-انحنا جهت مدل سازی مفاصل پلاستیک استفاده شده است. در این مطالعه از الگوریتم کنترل فازی-ژنتیک به منظور فرمان دهی میراگر استفاده شده است؛ در حقیقت کنترل کننده ی فازی که پایگاه قوانین آن به وسیله ی الگوریتم ژنتیک چند هدفه(multi-objective genetic algorithms) تعیین می شود، طراحی شده و ولتاژ میراگر را به گونه ای تنظیم می کند که تغییر مکان، شتاب و برش پایه در سازه به صورت همزمان بهینه شود. الگوریتم بهینه سازی چندهدفه که از آن استفاده شده است، الگوریتم ژنتیک با مرتب سازی نامغلوب سریع و نخبه گرا (non-dominated sorting genetic algorithm ver. ii) می باشد. به منظور ارزیابی سودمندی سیستم کنترل ارائه شده عملکرد آن با الگوریتم های کنترل دیگر مقایسه شده است. نتایج نشان می دهد سیستم کنترل توسعه داده شده قابلیت کنترل همزمان پاسخ تغییرمکان، شتاب وبرش پایه را به میزان قابل توجهی دارا می باشد. بررسی های صورت گرفته بیانگر این مطلب است که سیستم کنترل علاوه بر این که حداکثر پاسخ های سازه را به طرز موثری کاهش می دهد، سازه را در طول مدت زمان زلزله نیز، به نحو بسیار مطلوبی کنترل می نماید. همچنین با افزایش انرژی ورودی به سازه و افزایش شدت پاسخ ها، عملکرد سیستم کنترل در کاهش پاسخ بهبود می یابد. نتایج حاصله نشان می دهند سیستم کنترل نیمه فعال ارائه شده توانسته با صرف میزان انرژی به مراتب کمتر، عملکردی مشابه و در بعضی شرایط بهتر از سیستم کنترل فعال داشته باشد. بعلاوه در مقایسه با سیستم غیرفعال مشابه (عملکرد میراگر mr با ولتاژ ثابت در طول مدت زمان زلزله)، عملکرد سیستم کنترل نیمه فعال بسیار بالاتر بوده و در بعضی از حالات سیستم غیرفعال در کاهش پاسخ عملکردی نداشته و حتی افزایش مقادیر شتاب و برش پایه در سازه را در پی داشته است.