悬吊双摆动力特性分析及其在结构减振控制中的应用

悬吊质量摆具有机理明确、构造简单和减震效果良好等优点,但传统悬吊单摆受限于摆长难以实现和多阶调谐能力不足等问题,不具备工程可行性。针对上述问题,提出具有多个调谐质量和弹簧的悬吊多摆结构,通过附加弹簧和多个质点更加灵活地调控悬吊摆周期,同时实现多阶振型的调谐减振控制。建立悬吊双摆自身的动力方程并进行动力特性分析,获得频率解析解,从而阐释其减振机制。在此基础上建立具有悬吊双摆的结构整体动力学方程。选取均匀结构和刚度递减结构作为被控结构进行单摆和双摆的减震控制效果研究。结果表明悬吊双摆的减震效果明显优于悬吊单摆,且实现了多阶调谐控制,具有更强的稳健性和实用性,适合应用于多高层建筑结构。     

颗粒调谐质量阻尼器减震控制的数值模拟

提出一种颗粒调谐质量阻尼器,即通过摆绳将颗粒阻尼器悬挂于主体结构上,将目前广泛应用的调谐质量阻尼器与减震效能优越的颗粒阻尼器结合起来,以扩大减振频带,增加减振鲁棒性。基于一定的等效原则将多颗粒阻尼器等效为单颗粒阻尼器,提出一种近似的颗粒调谐质量阻尼器数值模拟方法,并介绍了系统参数的取值方法。进行了附加颗粒调谐质量阻尼器的单自由度结构实际地震输入下的振动台试验,通过对比试验结果与数值模拟结果,发现两者吻合较好,说明该简化方法可以较好地模拟颗粒调谐质量阻尼器的减震控制效果。     

主动转动惯量驱动控制系统对多类型灾害源激励悬吊结构摆振响应控制研究

传统的结构防灾设计中,通常将各种灾害对结构的作用分开考虑,较少考虑多类型灾害的作用。针对悬吊结构摆振运动振动控制问题,调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper,TMD)、主动质量阻尼器(Active Mass Damper,AMD)均无法进行有效的控制,另一方面调谐转动惯量阻尼器(Tuned Rotary Inertia Damper,TRID)存在对调谐参数等十分敏感、鲁棒性差、无法在多灾害作用下起到有效控制作用的问题,提出了主动转动惯量驱动控制系统(Active Rotary Inertia Driver, ARID)的概念,设计了小型比例模型振动台试验,运用Simulink进行了数值模拟分析。建立了附加ARID系统的悬吊结构平面摆振运动方程,并对运动方程进行了线性化处理,对系统控制算法进行了设计;用单轴振动台进行了正弦激励输入下结构自由衰减振动、正弦激励输入下结构强迫振动、正弦扫频激励、模拟地震动输入、模拟海洋波浪等5种类型荷载作用下,结构小型比例模型试验,利用Simulink进行了模拟多灾害输入下体系运动方程求解,并与试验结果进行了对比分析。结果表明,主动转动惯量驱动控制系统可以较好地实现悬吊结构摆振控制,且在不同类型单一灾害源激励作用下均表现出稳定性好、鲁棒性好的控制性能,从机理上证明了该系统对多类型灾害源激励结构摆振响应控制应用的可行性。     

一种具有能量俘获自参数摆动力吸振器的设计及参数影响分析

传统的摆类动力吸振器因为抑振频带较窄，对于工程环境中较宽频带的振动，往往表现出较低的工作效率。针对该问题，本文设计了一款具有较宽抑振频带的自参数摆动力吸振器。该装置以封闭线圈代替了附属结构中的子结构摆，在子结构摆的两侧对称装有强磁铁。线圈摆动时切割磁感线产生感应电流，进而将振动抑制与能量俘获结合在一起。以所提动力吸振器为研究对象，基于拉格朗日方程推导了这类非线性振动系统的运动微分方程。采用多尺度方法求出了该系统的幅频特征方程，并应用李亚普诺夫稳定性理论给出稳态解的判别条件。应用小参数法进一步化简了幅频特征方程，并且获得了系统抑振频带的解析表达式。基于理论分析，应用数值方法研究了不同设计参数对抑振性能的影响，发现较小的机械阻尼、弹簧刚度和摆长，或较大的附加磁力都可以使该系统获得较高的抑振性能。上述结论得到了时域仿真的验证。研究发现与传统的摆类动力吸振器相比，由于增加了磁力和封闭线圈的作用，不仅会使系统的抑振性能得到提高，还可以实现对振动能量的俘获。     

利用球形弹簧摆对输电塔风振控制的有限质点法

为了研究球形弹簧摆对输电塔结构的风致振动控制效果,通过分段等刚度梁单元建立输电塔简化模型。给出了空间梁系结构基于Timoshenko梁理论的单元内力计算公式,并应用有限质点法对简化模型及其与球形弹簧摆的耦合系统进行风致响应分析。一方面,球形弹簧摆由于内共振性质实现非线性能量阱,从而增加振动抑制频带的宽度,提高了鲁棒性;另一方面,球形弹簧摆和结构的非线性耦合,使得顺风向的振动能量部分转移到横风向,尽管增大了横风向响应,但是降低了结构的总体响应。计算结果表明球形弹簧摆减振效果非常好,当将其安装在除塔顶外的三个位置时,位移最大值和加速度均方根减振率分别为32.5%~41.7%和35.7%~65.2%。保持质量比和安装位置不变,验证了球形弹簧摆具有较宽的设计频带。使用球形弹簧摆可以显著减小位移标准差,有利于降低结构的疲劳损伤风险。     

调谐液体阻尼器对多层多模态平台结构的运动控制研究

基于双向流固耦合理论，建立了调谐液体阻尼器(tuned liquid damper, TLD)与多层多模态平台结构的数值模型，系统性研究TLD减振频率和安装高度对多层结构前两阶共振模态的影响，通过数值方法将阻尼力做功定量化，结合晃荡波、平台运动的相位延滞关系，分析TLD对多层多模态平台结构的阻尼特性。研究表明，TLD不同安装位置的控制效果与结构对应模态的最大振型相关，晃荡过程中产生的倍频激励可拓宽TLD的减振频带。此外，保持2%的质量比不变，多TLD联合减振系统对多层结构的减振效果更为稳定，无局部负面激励，两个共振点处的平均减振率均高于其他方案。     

考虑质量分布影响的双TMD系统控制悬吊结构平面摆振分析

研究了被动调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper,TMD)在一种新的安装方式下对悬吊结构平面摆振的控制效果,并考虑悬吊结构质量分布对TMD系统调频的影响。首先基于拉格朗日原理建立了附加双TMD体系双质点悬吊结构的无阻尼自由振动方程,并对质量分布对双质点悬吊结构周期的影响进行了理论分析;然后定义了TMD控制无阻尼自由振动的控制效果评价指标,利用Simulink对运动方程进行数值求解,证明此时TMD对悬吊结构具有一定的控制效果,并对质量分布在TMD调频、质量比与板长摆长比变化情况下对控制效果的影响进行了数值分析,发现控制效果随着双质点的分散而下降的规律,而这种规律与质量比和板长摆长比的变化无关,验证了理论分析中对质点分布影响的推断,并得出TMD应根据悬吊结构质量分布的影响来调频以保证控制效果的结论。     

半主动变刚度TLCD减振控制的研究

为改进被动式调频TLCD的减振特性,提出了半主动变刚度TLCD减振系统,基本原理是将调频TLCD的弹簧设置成可调谐状态,在振动过程中,根据减振系统的需要适时调整调频弹簧的开关状态。减振系统的刚度由两部分组成,一部分是液体振动的恢复力,另一部分由变刚度装置的弹簧提供。由Lagrange方程建立起半主动变刚度TLCD的运动方程,以一个单自由度结构体系为算例,分析了可变刚度对系统控制性能的影响。外荷载频率与结构的频率比取不同值,比较了被动TLCD、半主动变阻尼TLCD和半主动变刚度TLCD的减振频带。考虑TLCD的频率和结构的实际频率之间存在一定的误差时,研究了半主动变刚度TLCD的减振性能。最后,通过一个五层结构的算例,分别在谐波和地震波作用下,验证了半主动变刚度TLCD对多自由度结构体系的减振特性。研究结果表明,半主动变刚度TLCD具有更宽的减振频带,在TLCD的频率和结构振动的频率存在误差时,仍能保持较好的减振效果。     

质量调谐-颗粒阻尼器复合减振体系的力学解析及优化分析

针对调谐质量阻尼器(TMD)和颗粒阻尼器的减振特点及各自不足,提出将并联式单向单颗粒阻尼器(PSSPD)与TMD有机结合的复合减振技术方案—PSSPD与TMD并联体系。在深入剖析其减振特性的基础上,将颗粒与受控结构之间的碰撞力等效为脉冲力,建立复合减振体系力学模型和方程。采用时域和频域结合的方法并对模型进行分析并求解,使求解过程直接、无需求解微分方程且易于求解特殊激励形式动力响应。提出简谐激励下复合减振结构系统的最优减振参数设计方法,对该系统进行性能参数分析,验证了力学模型的精度及优化方法的可行性。建立该复合减振体系在地震动下的参数优化方法并对其合理性和准确性进行验证。最后,对PSSPD、TMD及复合减振体系的减振机理、性能及减震效果进行深入分析。结果表明:基于时频域解析的复合减振体系力学模型能够直观体现其减振机理,求解过程清晰且精度高,参数优化分析方法合理、可行且准确;复合减振体系有效克服了TMD和PSSPD的不足,具有更佳的减震效果、更宽的减振频带及更强的鲁棒性。     

具惯容离心摆的轴系结构轴向振动减振分析

研究具惯容离心摆的轴系结构减振问题,基于摆的小幅振动假设,建立具惯容离心摆轴系结构轴向振动的动力学方程,得到结构轴向振动幅值及离心摆转角的频响函数。详细讨论了减振器参数(无量纲阻尼、质量比和调谐函数)对轴系结构轴向振动的影响,并以轴系结构共振幅值最小为目标进行参数优化设计,用固定点法得到了最优无量纲阻尼的解析表达式。研究表明调谐函数对轴向振动有很大的影响,且合适的调谐函数能实现最优的减振效果,惯容的引入能更容易调整调谐函数。通过数值结果比较具惯容离心摆减振器和动力吸振器在轴系结构轴向振动减振的效果,表明优化后的具惯容离心摆减振器有更好的减振效果。     

主动转动惯量驱动系统用于悬吊结构摆振控制的方法研究（Ⅰ）：理论建模和试验验证

提出了主动转动惯量驱动控制系统(Active Rotary Inertia Driver,ARID),该系统通过伺服电机驱动转动惯性质量的回转运动,从而产生抑制结构摆振的力矩。首先针对ARID控制系统,基于拉格朗日原理建立了平面内悬吊结构在吊点激励下运动控制的分析模型,基于分析模型进行主动控制LQR算法系统匹配推导,然后利用Simulink对ARID系统控制效果进行了数值模拟计算,并通过与TRID装置对比,对ARID系统的有效性进行了分析。最后设计了ARID振动台试验系统,对结构的控制效果进行了试验验证。试验结果验证了理论建模和主动控制LQR算法与系统匹配的合理性,表明ARID系统对悬吊结构摆振控制具有很好的控制作用,理论建模和试验验证为ARID系统的深入研究和应用奠定了理论基础。     

串、并联式太阳能空气源热泵供热系统性能数值研究与对比

为解决北方地区冬季采暖和空气污染等问题,太阳能与热泵等新型节能减排技术得到了越来越多的关注与应用。鉴于此,提出了串、并联式太阳能空气源热泵供热系统(Heating System of Solar Assisted Air Source Heat Pump, HSSAASHP)设计方案及其运行模式。以兰州地区某办公楼作为供热对象,基于TRNSYS(Transient System Simulation Program)对其串、并联式HSSAASHP分别进行了组态和运行状况进行了数值模拟及性能分析。结果表明:串、并联式HSSAASHP在理论上都是可行的,且前者在节能方面表现优于后者。此外,基于粒子群算法(Particle Swarm Algorithm,PSA)来优化串联式HSSAASHP的部分关键参数,进一步降低其运行成本,从而获得节能、降耗和减排的综合效益。     

结构振动控制中MTMD的基本特性研究

单频调谐质量阻尼器已被较多地用于结构振动控制中,但是它的被控频带比较窄。 多频调谐质量阻尼器是由一组频率分布在结构被控频率周围的单频调谐质量阻尼器组成的, 它可以克服单频调谐质量阻尼器被控频带窄的缺陷。本文讨论了多频调谐质量阻尼器的基本 参数。     

自立式高耸结构悬吊式TMD减振动力试验与分析

围绕自立式高耸结构悬吊式调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper,TMD)减振试验展开研究。首先,以某真实高耸结构为原型,基于欠人工质量模型理论设计了试验模型,并通过数值分析和实测结果验证模型合理性。针对该模型开展了原结构的静、动力试验,进而基于模式搜索算法对数值分析模型进行了修正。最后,进行了自立式高耸结构TMD减振试验,并结合数值模拟对试验结果进行了分析。研究表明,基于模式搜索算法的高耸结构模型修正方法,仅需迭代50次即能收敛,是一种高效的数值模型修正方法;附加TMD后,试验模型阻尼比增加了0.02,可见在自立式高耸结构中采用悬吊式TMD能够有效抑制其振动。     

基于串并联系统的战略联盟组织结构优化

给出"联盟整体"的概念,同时结合概率论的相关知识提出联盟管理的"可靠度"理论.在"可靠度"理论的指导下,得出对于联盟整体而言,并-串联式的组织结构优于串-并联式的组织结构的结论.指出战略联盟组织结构优化对我国企业的意义.     

非线性悬吊质量摆对输电塔减振控制的研究

针对悬吊质量摆减控制研究中小摆角线性分析的局限性,本文提出考虑悬吊质量摆大摆角非线性特性来计算结构体系动力响应的方法,将传统分析中的悬吊质量摆的线性刚度修正为非线性。以一输电塔为例,通过线性和非线性计算结果对比可知,当摆角过大时线性计算方法不满足线性小摆角条件,而非线性计算方法则可很好模拟质量摆在大摆角下的响应。通过参数分析讨论了正弦激励周期、摆长及质量比对输电塔减震率的影响。选取三条不同场地地震记录,计算输电塔附加质量摆体系的地震响应,结果表明在不同场地条件下,输电塔均具有明显的减震效果。     

摆辗机摆头运动学分析和运动轨迹的数值模拟

从摆动辗压机中摆头的结构出发.通过运动学分析给出摆头运动方程,采用数值方法对摆头运动轨迹进行数值模拟,为摆辗机结构设计和摆辗工艺的合理应用提供科学依据.     

一种组合型质量阻尼器的振动台试验研究

基于液体调谐和颗粒碰撞协同减振的原理,提出一种组合型质量阻尼器,并对其开展振动台试验的初步研究。对比考察某单自由度结构不附加、附加组合型质量阻尼器、附加传统质量阻尼器和附加传统液体阻尼器在三种不同地震波激励下的动力响应,验证组合型质量阻尼器的减振工作性能。试验研究表明:无论是从峰值加速度衰减率,还是均方根加速度衰减率来看,新型组合型质量阻尼器的减振性能基本优于传统质量阻尼器;传统阻尼器的减震效果更易受激励地震波特性的影响;组合型质量阻尼器在全频带内均有减震效果,低频内减震效果更佳;且其减震效果对地震波幅值变化不敏感,系统鲁棒性较好。     

多个悬吊摆体系对电视塔风振控制研究

本文研究多个悬吊质量摆体系对钢结构电视台风振控制设计方法,引入MTMD理论设计安装在电视塔天线段的多个悬吊质量摆,通过对上海青浦电视塔风振设计表明,这种控制体系简单、实用、效果好.     

主动减振器结构参数优化设计

主动减振系统由3个以上减振器构成,其固有频率直接决定了系统隔振带宽,且减振器水平向隔振广泛采用摆机构。柔性杆直径及杆长是影响摆机构水平向刚度的主要几何参数。根据材料弹性变形理论建立了摆机构的水平向刚度模型及最大拉应力模型。在给定的负载质量范围内,以主动减振系统水平向固有频率与目标值的均方差最小作为优化目标,将许用拉应力和最大尺寸作为设计约束,应用序列二次规划法求解该非线性优化模型,得出摆机构的最优设计参数及对应的均方差。基于3σ准则,可估计主动减振系统的水平向固有频率分布范围。在许用固有频率范围约束下,得到摆机构参数的允许范围。实验结果表明:减振系统固有频率的测试值与理论分析值的差异小于10%;加入主动控制后,振动传递率的共振峰小于0dB,大于6Hz的振动传递率小于-20dB。