بخشی از مقاله
چکیده
پدیده هایی همانند لرزه ها و تکانهای شدید می توانند برای سازه مضر واقع شوند و اثرات و زیانهای آنها می تواند برروی سازه زیاد باشد . در این اواخر کنترل کننده های فعال سازه برای مقابله با این چنین نیروهایی بسیار مورد توجه قرار گرفته اند . بکار بردن سازه ها با سختی متغیر بعنوان عملی ترین راه برای کنترل فعال سازه بنظر میرسد . این تغییر سختی در سازه ، با تعبیه بادبندهای ویژه ای که مجهز به موتوری هستند که از سیستم کنترل دستور می گیرد ، ایجاد میشود .
در این مقاله سعی شده است تا با تحقیق بر روی سیستم های کنترل فعال سازه با سختی متغیر ، بازدهی و کارایی این متد بررسی شود . چندین مدت است که روش نوین آلگوریتم های ﮊنتیک ، موفقیتهای چشمگیری داشته است و محققان برای بکار بردن این آلگوریتم نوین برای مسائل بهینه سازی علاقه بسیاری از خود نشان می دهند . روش ﮊنتیک ، یک جستجوی اتفاقی است که توانایی فراوانی در حل مسائل مختلف دارد . در اکثر موارد آلگوریتم ﮊنتیک موجب بهبود کارایی سیستم های کنترل سازه گشته اند و این موضوع با تامل در نتایج آزمایشهای انجام شده بخوبی روشن میشود .
در اینجا ما برای کنترل فعال سازه از آلگوریتم ﮊنتیک بهره جسته ایم و سعی نموده ایم با استفاده از این تکنیک بازده سیستم کنترل را به نحو چشمگیری افزایش دهیم . بدین صورت که آلگوریتم ﮊنتیک با توجه به نیروی وارده ، سختی بهینه را در جهت کاهش تغییر مکان سازه ، بر آورد و محاسبه می کند . هدف اصلی این است که بواسطه وقوع لرزه ، سیستم های کنترل بتوانند سختی مناسبی را ایجاد کنند که توانایی کاهش مناسب پاسخ سازه در مقابل نیروی وارده را داشته باشد و ایمنی سازه را بخوبی تضمین بکند .
١- مقدمه
مطالعه بر روی روش های کنترل فعال سازه ها بمنظور کاهش اثرات لرزه ها در روی ساختمانها و بویژه ساختمانهای بلند در سالهای اخیر توسعه زیادی یافته و در برخی موارد بصورت عملی بکار گرفته شده است . تحقیقات انجام شده در زمینه کنترل فعال سازه ها را بصورت کلی می توان به دو بخش تعیین الگوریتم های محاسبه نیروی کنترل و نیز ابداع مکانیزم هایی برای اعمال نیروهای کنترل بر سازه ها تقسیم بندی نمود . از مکانیزم های اعمال نیرو بر ساختمان ها می توان به کابلهای فعال ، اعمال سختی متغیر و میراگر جرم متوازن اشاره نمود که در مورد کارائی آنها بررسی و تحقیقات بسیاری انجام شده است.
سیستم کنترل فعال با سختی متغیر در سازه یکی از این متد موثر با بازده بالا است . این تغییر سختی در سازه ، با تعبیه بادبندهای ویژه ای که مجهز به موتور هستند، ایجاد میشود. در این مبحث سعی شده است با معرفی کنترل فعال سازه با سختی متغیر، درمورد چند سیستم سختی متغیر در سازه بحث شود و یک سیستم اعمال سختی متغیر پیشنهاد گردد.
روشهای جستجوی کامل و تصادفی ساده ، از آسانترین فنها برای مسئله های طراحی بهینه هستند . این روشها میتوانند بدون هیچ محدودیتی از نظر نوع متغیر های طراحی ، بطور تقریب بر روی همه فضاهای طراحی کار کنند . در این اواخر شاهد پیشرفت چشمگیر آلگوریتم های ﮊنتیک در این زمینه هستیم و محققان تلاش گسترده ای را برای تکامل این تکنیک آغاز نموده اند . در این مبحث سعی شده است تا با کمک گرفتن از این تکنیک سختی مطلوب را برای کاهش رفتار سازه در مقابل نیروهای وارده به سازه بدست بیاوریم .
٢- کنترل فعال
تکنیک کنترل فعال و غیرفعال سازه تازه ترین روش جهت بهبود رفتار سازه در مقابل نیروهای وارده همانند زلزله ، باد و . . . می باشد . سیستم های مستهلک نمودن انرﮊی غیرفعال سازه همانند میراگر های مایع ، میراگر های جرم غیرفعال، میراگر های اصطکاکی و نیز جداکننده های پایه ای برای حفاظت سازه در برابر لرزه ها توجه قابل ملاحظه ای را به خود جلب کرده است و تحقیقات بسیاری در موارد ذیل انجام شده است. [ 1 ] ولی بدلیل آنکه سیستم های کنترل غیر فعال مستقل از نیروهای ورودی و مشخصات آنها و نیز پاسخ سازه است ، کاربرد سیستم های کنترل فعال موثرتر و دارای کارایی بیشتر می باشند . سیستم کنترل فعال بوسیله سختی متغیر در سازه یکی از این روش موثر با بازده بالا است .
٣-سیستم های اعمال سختی متغیر
سختی متغیر با تعبیه موتورهای اصطکاکی و نیمه اصطکاکی در باد بند ها به سازه اعمال می شود که مقدار نیرویی را که این موتور ها باید ایجاد کنند را سیستم کنترل فعال مشخص می سازد .
دکتر یانگ - - Yang و همکارانشان در سال ١٩٩٦ نشان دادند که سیستم های سختی قابل تغییر فعال سازه ها در کاهش رانش های بین طبقه ای بسیار موثر واقع می شوند. [ 2 ] در شکل زیر چند نوع از سیستم های ایجاد سختی متغیر در سازه نشان داده شده است .
همانطوری که مشاهده می کنید سازه مورد نظر دارای ٥ درجه آزادی است . در شکل - ١ - سازه بدون هیچگونه سیستم مهاربندی در نظر گرفته شده است و در آن از هیچ سیستم کنترلی استفاده نشده است . در شکل - ٢ - سازه دارای بادبند قطری است که موتورهای کنترل دروسط باد بند نصب شده اند. در این حالت تغییرات درسختی با قفل کردن و یا بازکردن سیستم مهاربندی یا بادبندها میسر میگردد . شکل - ٣ - سازه را با باد بند ^ شکل ، نشان میدهد . دستگاه ایجاد سختی متغیر ، در محل اتصال بادبند به تیر ، تعبیه شده است که این دستگاه را - Variable Stifness Device - VSD می نامند . در شکل - ٤ - شماتیک کلی دستگاه VSD و اجزای آن نشان داده شده است .
دستگاه VSD تشکیل شده است از یک سیلندر مملو از روغن ، یک پیستون که درون سیلندر امکان حرکت به چپ و راست را دارد و همانطوری که در شکل دیده میشود توسط یک میله به لچکی های متصل به تیر وصل است . یک شیر در بالای سیلندر تعبیه شده است تا امکان انتقال روغن از یک سمت پیستون به سمت دیگر را فراهم سازد و به پیستون امکان حرکت در درون سیلندر را مهیا سازد .
شکل - ١ - : سازه بدون مهاربند شکل - ٢ - : سازه با بادبند قطری
این شیر به گونه ای طراحی شده است که نحوه عملکرد آن را سیستم کنترل مشخص مینماید. بدین صورت که سیستم کنترل، برای کنترل وتغییر سختی، سیگنالی به شیر روغن ارسال می کندو توسط آن مقدار و سمت حرکت پیستون را در سیلندر مورد کنترل خود قرار میدهد] ٣ .[ درشکل - ٥ - سازه ای مجهز به سیستم FDSAB مشاهده می کنیدکه در قسمت بعدی به بیان جزئیات آن می پردازیم.
