TÓM TẮT: Sự bổ sung của hệ cản ma sát biến thiên (VFD-Variable Friction Damper)

đối với sự giảm dao động cho công trình chịu tải trọng động đất thường đòi hỏi thuật toán

điều khiển bán chủ động thật hiệu quả. Chính vì vậy, bài báo đưa ra thuật toán để điều khiển

hệ cản ma sát biến thiên trong mô hình không gian trạng thái, thuật toán này đề cập đến việc

xác định lực ma sát biến thiên thông qua lực kẹp biến thiên. Các ví dụ so sánh sự hiệu quả

giữa hệ cản ma sát được điều khiển bị động và hệ cản ma sát biến thiên được điều khiển bán

chủ động được đưa ra trong phần ví dụ số, các kết luận sơ bộ về các ưu và khuyết điểm của

việc sử dụng hệ cản ma sát biến thiên cũng được đưa ra ở cuối bài báo.

1. GIỚI THIỆU

Do ưu điểm nổi bậc của hệ cản được điều khiển bán chủ động là sự hiệu quả giảm đáp ứng

lớn hơn nhiều so với hệ cản bị động và cần năng lượng cung cấp cho các thiết bị điều khiển là

ít hơn so với điều khiển chủ động, nên điều khiển bán chủ động được sử dụng rộng rãi hơn.

Hơn nữa, thuật toán dùng để điều khiển chủ động cũng là thuật toán dùng trong điều khiển bán

chủ động, thuật toán điều khiển chủ động chỉ dừng lại trong việc xác định trực tiếp lực điều

khiển kết cấu (u), trong khi đó, đối với điều khiển bán chủ động, ngoài việc xác định u thì ta

còn phải tìm ra mối quan hệ giữa lực điều khiển và yếu tố gây ra lực điều khiển. Do vậy, vấn

đề đáng quan tâm còn lại trong các bài toán điều khiển bán chủ động là tìm ra thuật toán điều

khiển hệ cản để kết cấu cho kết quả về độ giảm đáp ứng theo mong muốn.

2. ĐẶC ĐIỂM CỦA KẾT CẤU ĐƯỢC TRANG BỊ HỆ CẢN MA SÁT BIẾN THIÊN:

Xét kết cấu nhiều tầng được trang bị hệ cản ma sát biến thiên (hệ cản VFD) (Hình 1).

Các ký hiệu: μi , Ni và ( ) i x t lần lượt là khối lượng, độ cứng và chuyển vị so với đất nền

của tầng thứ i. b,i k là độ cứng của hệ giằng.

( ) i N t là lực pháp tuyến (normal force) hay còn gọi là lực kẹp (clamping force) biến thiên

theo thời gian của hệ cản VFD. Đối với kết cấu được điều khiển bị động thì lực kẹp là hằng số,

còn trong điều khiển bán chủ động giá trị này là thay đổi được. Hệ cản ma sát biến thiên đang

được dùng hiện nay là hệ cản ma sát bằng vật liệu áp điện (piezoeclectricity friction damper).

Lực pháp tuyến của hệ cản ma sát được điều khiển bằng hiệu điện thế cung vào vật liệu theo

quan hệ sau :

( ) ( ) 33 4

pre

EAd V t

N t N

h

= + (1)

trong đó: pre N là lực ma sát được đặt trước trong hệ cản ma sát; E = mô đun đàn hồi

Young của vật liệu áp điện; A = diện tích mặt cắt ngang của lớp vật liệu; h = bề dày mỗi lớp

vật liệu áp điện; 33 d =hệ số biến dạng của lớp vật liệu áp điện; V (t ) = điện thế cung cấp vào

vật liệu áp điện để gây ra biến dạng