[發明專利]一種基于慣容隔振器改善變電站抗震性能的方法

有效

• 申請號: 202110507840.7
• 申請日: 2021-05-10
• 公開（公告）號: CN113107252B
• 公開（公告）日: 2022-05-20
• 發明（設計）人: 陳志強;陳俊杰
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: E04H9/02
• 分類號: E04H9/02;E04B1/98
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 封睿

1.一種基于慣容隔振器改善變電站抗震性能的方法，其特征在于，將具有隔震支座的變電站簡化為單質點模型，在變電站的水平方向安裝慣容隔振器，以改善變電站抗震性能，步驟如下：

步驟1、求解安裝慣容隔振器時，地震加速度相對于變電站水平位移的傳遞函數；

步驟2、根據地震加速度相對于變電站水平位移的傳遞函數，求解安裝慣容隔振器時H₂范數性能指標解析函數；

步驟3、根據H₂范數性能指標解析函數，在給定優化區間內，選取給定的慣容量質量比，通過最小化H₂范數性能指標解析函數，求解慣容隔振器的阻尼比和剛度比，用于改善變電站抗震性能；

具體地，選取三種不同的慣容隔振器機械結構，分別命名為N1、N2和N3結構，具體為：

(1)首先將單個阻尼器c₁與單個慣容b并聯，然后再與另一個阻尼器c₂串聯，由此獲得的機械結構即為N1結構；

(2)首先將單個阻尼器c₁與單個慣容b串聯，然后再與另一個阻尼器c₂并聯，由此獲得的機械結構即為N2結構；

(3)首先將單個阻尼器c₁與單個彈簧k并聯后，然后再與單個慣容b串聯，最后將前面由單個彈簧、阻尼器和慣容構成的機械結構再與另一個阻尼器c₂并聯，由此獲得的機械結構即為N3結構；

步驟1中，求解安裝慣容隔振器時，地震加速度相對于變電站水平位移的傳遞函數，具體方法為：

變電站水平方向的運動方程為：

其中，M為變電站非隔震結構的總質量；K為變電站隔震支座的水平剛度；F為慣容隔振器對變電站水平方向施加的力；x為變電站水平方向相對于地面的位移；為變電站相對于地面的加速度；為地震加速度；

慣容隔振器施加的水平方向的作用力F為：

F＝sY(s)x

其中，s為復變量；Y(s)為慣容隔振器的機械導納函數；

地震加速度相對于變電站水平方向位移x的一般性傳遞函數H(s)為：

對于N3結構的慣容隔振器，傳遞函數H_N3(s)為：

其中，b為慣容量；k為彈簧的剛度系數；c₁和c₂分別為兩個阻尼器的阻尼系數；

引入隔震結構體系的固有頻率和慣容隔振器的無量綱參數，慣容量質量比σ＝b/M，阻尼比ξ₁＝c₁/(2ω₁M)，阻尼比ξ₂＝c₂/(2ω₁M)和剛度比λ＝K/k，N3結構的傳遞函數H_N3(s)為：

其中，中間變量g_N3a和g_N3b分別為：

g_N3a＝2ω₁[(ξ₁+ξ₂)σ+ξ₁]λ

N1結構和N2結構慣容隔振器的傳遞函數如下：

1.N1結構慣容隔振器的傳遞函數H_N1(s)為：

2.N2結構慣容隔振器的傳遞函數H_N2(s)為：

步驟2中，根據地震加速度相對于變電站水平位移的傳遞函數，求解安裝慣容隔振器時H₂范數性能指標解析函數，具體方法為：

對N3結構的慣容隔振器，首先將傳遞函數H_N3(s)轉化為狀態空間的形式可得：

H_N3(s)＝C_cl(sE-A_cl)^-1B_cl+D_cl

其中，s為復變量，E為單位矩陣，狀態矩陣A_cl，為輸入矩陣B_cl，測量矩陣C_cl，輸出矩陣D_cl分別為

然后，當矩陣A_cl穩定且D_cl＝0時，通過以下線性方程求解矩陣L

其中，為Kronecker乘積，vec表示矩陣拉直向量；

最后，根據矩陣L，求解N3結構慣容隔振器H₂范數性能指標解析函數I_N3：

其中，中間變量p_N3a、p_N3b、q_N3a和q_N3b分別為：

N1結構和N2結構慣容隔振器的H₂范數性能指標解析函數如下：

1.N1結構的H₂范數性能指標解析函數I_N1為：

2.N2結構的H₂范數性能指標解析函數I_N2為：

步驟3中，通過Matlab的最優化工具fmincon使H₂范數性能指標達到最小值，來最小化H₂范數性能指標解析函數，求解慣容隔振器的阻尼比和剛度比。