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Optimal Design of Dampers for Multi-Mode Cable Vibration Control Based on Genetic Algorithm
International Journal of Structural Stability and Dynamics ( IF 2.015 ) Pub Date : 2021-02-19 , DOI: 10.1142/s0219455421500589
Fangdian Di; Lin Chen; Limin Sun

Cables in cable-stayed bridges are subjected to the problem of multi-mode vibrations. Particularly, the first ten modes of long cables can have a frequency less than 3Hz and hence are vulnerable to wind-rain induced vibrations. In practice, mechanical dampers are widely used to mitigate such cable vibrations and thus they have to be designed to provide sufficient damping for all the concerned vibration modes. Meanwhile, the behaviors of practical dampers are complicated and better to be described by mechanical models with many parameters. Furthermore, additional mechanical components such as inerters and negative stiffness devices have been proposed to enhance the damper performance on cables. Therefore, it is increasingly difficult to optimize the damper parameters for suppressing multi-mode cable vibrations. To address this issue, this study proposes a novel damper design method based on the genetic algorithm (GA). The procedure of the method is first introduced where the damper performance optimization is formulated as a single-objective multi-parameter optimization problem. The effectiveness of the method is then verified by considering a viscous damper on a stay cable. Subsequently, the method is applied to optimize three typical dampers for cable vibration control, i.e. the positive stiffness damper, the negative stiffness damper, and the viscous inertial mass damper. The results show that the GA-based method is effective and efficient for cable damper design to achieve best multi-mode control effect and it is particularly useful for dampers with more parameters.



中文翻译:

基于遗传算法的多模电缆振动控制阻尼器的优化设计

斜拉桥中的电缆会遭受多模振动的问题。特别是长电缆的前十种模式的频率可以小于3Hz,因此易受风雨引起的振动的影响。在实践中,机械阻尼器被广泛用于减轻这种电缆的振动,因此必须将其设计为为所有相关的振动模式提供足够的阻尼。同时,实际减振器的性能比较复杂,最好用具有多个参数的力学模型来描述。此外,已经提出了附加的机械部件,例如惰轮和负刚度装置,以增强电缆的阻尼器性能。因此,优化阻尼器参数以抑制多模电缆振动越来越困难。为了解决这个问题,本研究提出了一种基于遗传算法(GA)的新型阻尼器设计方法。首先介绍该方法的过程,其中将阻尼器性能优化公式化为单目标多参数优化问题。然后通过考虑斜拉索上的粘性阻尼器来验证该方法的有效性。随后,该方法用于优化三个典型的电缆振动控制阻尼器,即正刚度阻尼器,负刚度阻尼器和粘性惯性质量阻尼器。结果表明,基于遗传算法的方法对于电缆阻尼器的设计达到了最佳的多模控制效果是有效的,对于参数较多的阻尼器尤其有用。该方法用于优化三种典型的电缆振动控制阻尼器,即正刚度阻尼器,负刚度阻尼器和粘性惯性质量阻尼器。结果表明,基于遗传算法的方法在电缆阻尼器设计中达到了最佳的多模控制效果,是有效的方法,对参数较多的阻尼器特别有用。该方法用于优化三种典型的电缆振动控制阻尼器,即正刚度阻尼器,负刚度阻尼器和粘性惯性质量阻尼器。结果表明,基于遗传算法的方法在电缆阻尼器设计中达到了最佳的多模控制效果,是有效的方法,对参数较多的阻尼器特别有用。

更新日期:2021-02-22
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