مدل­سازی دینامیک سه بعدی غیرخطی و طراحی کنترل کنندۀ بهینه با دمپر آلیاژ حافظه دار برای ارتعاشات کابل­های معلق تحت تحریک خارجی

مدل­سازی دینامیک سه بعدی غیرخطی و طراحی کنترل کنندۀ بهینه با دمپر آلیاژ حافظه دار برای ارتعاشات کابل­های معلق تحت تحریک خارجی


مدل­سازی دینامیک سه بعدی غیرخطی و طراحی کنترل کنندۀ بهینه با دمپر آلیاژ حافظه دار برای ارتعاشات کابل­های معلق تحت تحریک خارجی

نوع: Type: پایان نامه

مقطع: Segment: کارشناسی ارشد

عنوان: Title: مدل­سازی دینامیک سه بعدی غیرخطی و طراحی کنترل کنندۀ بهینه با دمپر آلیاژ حافظه دار برای ارتعاشات کابل­های معلق تحت تحریک خارجی

ارائه دهنده: Provider: محسن نادری

اساتید راهنما: Supervisors: دکتر مهدی کریمی

اساتید مشاور: Advisory Professors:

اساتید ممتحن یا داور: Examining professors or referees: دکتر علیرضا شوشتری-دکتر ایمانی و داور ناظر دکتر کلهر

زمان و تاریخ ارائه: Time and date of presentation: 28/7/1400 ساعت 16:00 تا 18:00

مکان ارائه: Place of presentation:

چکیده: Abstract: کابل¬ها سازه¬های سبک و انعطاف ¬پذیری هستند که به طور گسترده در مهندسی کاربرد دارند. کاربرد کابل¬ها را در خطوط انتقال نیرو، پل¬های¬ کابلی، سازه¬های دریایی و...می¬توان مشاهده کرد. کابل¬ها به علت وزن نسبتاً کم، طول بلند و ساختار میرایی کم در اثر ارتعاشات ناشی از باد بسیار آسیب پذیراند. یکی از مشکلات اساسی کابل¬های معلق وجود انحناء و یا شکم اولیه در کابل¬ها است. مثال بارز این واقعه را می¬توان به پدیده¬هایی همچون (وزش باد در مناطق باد خیز و وجود یخ برروی کابل¬ها در مناطق کوهستانی (اعم از متقارن یا نا متقارن بودن شکل یخ) مرتبط ساخت. پوشش یخ برروی کابل¬ها سبب ناپایداری و نامتقارن شدن سطح مقطع دایروی کابل می¬شود و به دنبال آن پدیدۀ گالوپینگ، که ناشی از نوسانات غیرخطی خود برانگیخته¬ با دامنۀ بالا و فرکانس پایین است، رخ می¬دهد. این پدیده مهمترین و شایع¬ترین عامل تخریب¬کنندۀ خطوط انتقال نیرو به شمار می¬آید، از این رو کنترل کردن اثر نوسانات کابل در خطوط هوایی انتقال نیروکه¬ غالباً در معرض پدیدۀ جهش هادی (گالوپینگ) قرار دارند یک چالش بزرگ در زمینۀ مهندسی به حساب می¬آید که توجه به آن امری ضروری است. در این پژوهش مدل دینامیک سه بعدی غیرخطی کابل به همراه طراحی کنترل کننده بهینه غیرخطی NLQR با درنظر گرفتن شرایط تکیه¬گاهی دو سر مفصل ثابت و نسبت شکم به دهانۀ کوچک ، انجام شده است. معادلات حرکت کابل با استفاده از اصل گسترش یافته همیلتون استخراج شده، سپس با روش جداسازی متغیرها از یکدیگر گسسته و با استفاده از روش مقیاس چندگانه زمانی در دو حالت تشدید داخلی 1:1و2:1 و بدون تشدید داخلی بررسی و در نهایت برای کاهش نوسانات دامنه در نقطه میانی و یک چهارم از طول کابل به طراحی کنترلر بهینه غیرخطی، که اساس روش آن بر مبنای سری¬های توانی است پرداخته شده است . نتایج حاصل شده از پژوهش انجام گرفته حاکی از آن دارد که بیشترین مقدار دامنه نوسانات عمودی کابل ( بدون کنترلر) در نقطه میانی و یک چهارم از طول کابل در بازه زمانی 0 تا 12 ثانیه به ترتیب از0.365 و0.433 متر به مقدار قابل توجه 0.036 و 0.038 متر ( با کنترلر غیرخطی بهینه) رسیده است که می¬توان گفت دامنه نوسانات تقریباً به میزان 1/90% در نقطه میانی و 2/91% در نقطه یک چهارم از طول کابل کاهش یافته و این میزان درصد در مقایسه با کنترل کننده¬های مقاله مرجع ( رگولاتور مرتبه دو خطی LQR و دمپر آلیاژ حافظه شکل دار SMA ) که در نقطه میانی 9/40% و 8/30% و در نقطه یک چهارم از طول کابل 3/38 % و 27% نوسانات را کاهش داده¬اند قابل تامل است. در نهایت نیز شبیه سازی¬های انجام گرفته شده با نرم افزار مطلب در بخش آخر پژوهش آورده شده است، که نتایج در آنها قابل رؤیت می¬باشد.