TMD控制系统的相位及控制效果分析

推导了TMD系统的相位公式,研究了各参数对相位差及减震效果的影响。结果表明当TMD选取最优频率比与最优阻尼比时具有最优控制效果。TMD质量比的增大不仅有助于增加控制效果,而且提高了频域内的控制鲁棒性。此外,本文提出了相能原理并结合能量耗散相等的原理给出了TMD的等效阻尼比,该数值比白噪声激励下推导的等效阻尼比更加符合TMD系统的实际情况。     

内置有水平挡板的矩形储液器非线性晃动分析

该文以内置有水平挡板的矩形储液器为研究对象,对储液器的非线性晃动问题展开研究。利用势流理论和虚功原理,推导了由水平挡板引起的储液器非线性阻尼比(非线性体现于波高有关)的计算公式,同时考虑水平挡板对储液器晃动频率的影响而对非线性阻尼比计算公式进行了修正。结合液体晃动的非线性分析理论,研究了水平挡板处于不同位置、挡板长度不同时储液器的液面波高与晃动力变化情况。利用Fluent软件进行了数值模拟,并与理论模型分析的结果进行对比。结果表明:当水平挡板靠近储液器底部或长度较小时,储液器内液体的非线性晃动现象较明显,利用非线性三阶模态方程推导得到的波高、晃动力与数值模拟结果较接近,而仅考虑一阶线性响应会明显低估储液器液面波高,但其求解的晃动力却与考虑非线性值的状况基本一致;随着挡板到自由液面距离的变小或挡板长度的增大,储液器液面波高、晃动力幅值减小,液体晃动呈线性变化,说明水平挡板靠近自由液面或增大其长度时能够提高储液器的阻尼比,进而也更能抑制液体的非线性晃动。同时水平挡板逐渐靠近自由液面或长度逐渐增大时,储液器晃动频率逐渐减小,减小的幅度分别可达到5.7%~28%。     

波纹钢腹板组合箱梁应力相关阻尼特性研究

基于应力相关材料阻尼理论,选择波纹钢腹板组合箱梁这一新型钢、混组合桥梁结构,通过波纹钢板和钢筋混凝土的单位体积损耗因子,由能量法推导求得波纹钢腹板组合箱梁的损耗因子公式。结合有限元计算的各个单元的应力得到损耗因子,根据一个振动周期能量耗散相等原理,求得等效阻尼比,并将其与实测结果进行比较。分析结果表明：波纹钢腹板组合箱梁桥材料阻尼值不是一个固定值,它是随着应力水平的提高而增大。在自由振动和车辆荷载激励状态下,波纹钢腹板组合箱梁的等效阻尼比建议取为0.3%。提出的损耗因子公式和等效阻尼比的计算可为波纹钢腹板组合箱梁桥动力分析中阻尼的取值提供参考。     

多频激励下添加线性振子磁悬浮能量采集系统建模及其输出功率影响参数分析

研究了通过添加线性振子的磁悬浮非线性能量器采集系统在多频激励下的非线性动力学。通过结合运用谐波平衡法和弧长延伸法,近似解析分析能量采集系统在多频激励下中间磁铁的平均功率辐频响应。并通过直接数值方法验证解析结果。研究结果表明,这种磁悬浮能量采集器在质量比增大时,中间磁铁的平均功率幅频响应的共振峰由两个变为四个共振峰,振幅变小,但共振峰的带宽变宽。另外,通过系统参数分析发现,调节系统参数阻尼比和耦合系数,可以优化共振峰的强度和带宽的宽度,以达到增强振动能量采集效果的目的。     

有限幅波理论下小水线面双体船非线性波激振动研究

海浪是海洋环境中最为复杂的自然现象,其时空概率分布具有较大的随机性。随着船舶制造吨位、尺度的加大,以及船型的复杂化,船体总振动频率不断降低,以致与波浪激励力频率逐步靠近,进而带来了较为严重的波激振动问题。目前,主要从线性和非线性的角度对波激振动进行研究,已有的线性理论往往难以解释低频激励诱发的船舶高频波激振动现象。从引起波激振动激励的源头出发,指出有限幅波理论中含有高阶分量,在独立于船型情况下能有效地解释船舶在波浪中产生高阶振动的激励力来源;推导了受航速、航向、波高、波频等因素影响下的波浪激励力表达式,同时指出了评估波浪参数的决定方法。利用虚拟质量法完成了双体船流固耦合波激振动响应计算,对比了该船在不同波频参与激励下,船体振动响应的差异。结果表明:有限幅波中高阶成分可对船舶产生高频激励,微幅波理论在研究船舶高频振动方面具有一定的局限性。     

考虑楼层刚度的新型消能伸臂结构动力特性研究

新型消能伸臂结构将伸臂与外框架柱节点断开并垂直连接黏滞阻尼器后利用两者之间的相对变形能获得较大能量耗散，已应用于越来越多的超高层建筑中。基于考虑普通楼层刚度提出新型消能伸臂结构简化等效模型并与ETABS计算结果进行对比，在此基础上分析楼层刚度、楼层数量及楼层梁跨度比等对整体结构主振型阻尼比、频率、最优阻尼系数等影响规律。结果表明：简化等效模型与ETABS计算结果吻合较好，附加阻尼比最大误差为13%;考虑楼层刚度后消能伸臂结构主振型附加阻尼比减小、频率增大；随着楼层梁刚度减小，附加阻尼比增大，最优阻尼比伸臂位置上移，最优阻尼系数增大；利用能量法提出的等效公式能反映楼层刚度对消能伸臂结构的动力特性影响并能简化分析过程，为新型消能伸臂结构的进一步工程应用提供了理论依据。     

紊流风场中开孔结构的孔口阻尼特性研究

利用伯努利方程导出了孔口粘滞阻尼比的表达式，并通过能量耗散原理得到了孔口阻尼比与开孔屋盖系统模态阻尼比的关系。设计制作了具有不同开孔率的两个平屋面气动弹性模型，进行了突然开孔后屋面风振稳态响应的风洞试验，利用经验模式分解(EMD)、随机减量技术(RDT)以及希尔伯特变换(HT)成功地提取了开孔屋盖系统第一模态的阻尼比，并与理论结果进行了比较，最终得出在紊流风场中孔口阻尼以粘滞阻尼为主的结论。论文最后根据粘滞阻尼的特性给出了开孔率的准确定义，并导出了临界开孔率的公式，为建筑抗风设计提供了重要的参考依据。     

冲击载荷下分段线性刚度能量阱的优化研究

分段线性刚度能量阱是非线性能量阱的一种,属于被动减振装置,它可以通过能量定向转移现象快速耗散主结构的振动能量。对冲击载荷下分段线性刚度能量阱能量耗散效率进行了优化研究,通过复变平均法推导了耦合分段线性刚度能量阱的二自由度系统在冲击载荷下的慢变方程,使用多项式近似的方法得到了慢不变流形不稳定点的近似表达式,以此建了以能量阱能量耗散效率为目标的优化模型,并对该模型的有效性进行了实验验证。结果表明,该研究优化模型建立较为合理,实验结果证明了优化参数的有效性,分段线性刚度能量阱有效提升了系统的能量耗散速率。     

桥梁吊杆典型风致振动幅值响应质量阻尼效应研究

涡激共振与准定常驰振临界风速相近时,矩形杆件易发一种涡振与驰振耦合风致振动,区别于锁定区间涡振和发散性驰振,是一类响应幅值随风速的增加而线性增长的"软驰振"现象,质量、阻尼是影响耦合程度和估算幅值的关键参数。基于一组宽高比1.2∶1矩形截面杆件节段模型,通过调整模型系统等效刚度、等效质量和阻尼比,实现了Reynolds数一致情况下,相同质量不同阻尼比、相同阻尼比不同质量以及相同Scruton数不同质量、阻尼组合下风振响应对比试验研究。研究表明:耦合状态下,组成Scruton数的质量、阻尼参数对"软驰振"幅值响应的影响是独立的,权重相同;存在影响"软驰振"幅值响应Scruton数"锁定区间(12.4～30.6)","锁定区间"内,无量纲风速-幅值响应曲线线性斜率(Slope)不随Scruton数变化而变化,并存在一个使风致振动由耦合状态转变为非耦合状态的Scruton数"过渡区间(26.8～30.6)";修正了"软驰振"响应幅值估算经验公式,可用于类似工程杆件设计风速范围内的幅值预测。     

桥梁断面范德波尔振子涡激气动力模型参数非线性化的能量原理

采用范德波尔振子类涡激气动力模型，通过能量平衡原理，推导了涡激共振过程中结构的振幅增量、初始气动阻尼、非线性气动阻尼三者之间的基本关系，进而得出模型中气动力参数ε与振幅yT之间关系的识别原理。基于某扁平箱梁桥梁断面的节段模型涡振试验结果，对范德波尔类涡激气动力模型参数随振幅的演变关系进行了识别。结果表明，在涡激共振锁定区间内，随着振幅的增加，参数ε呈单调下降的趋势。与之相反的是，参数ε形成的非线性气动阻尼比却呈非线性增长的规律。当参数ε相关的非线性气动阻尼、初始气动阻尼、结构阻尼三者之和为零时，结构达到稳定的涡振极限环状态。研究表明：初始气动阻尼特性决定了结构能否起振而形成涡振锁定区间；识别出模型参数随振幅的变化关系后，高于试验阻尼的结构涡振响应具有可预测性。     

Analytical modeling of liquid sloshing in a two-dimensional rectangular tank with a slat screen

Potential-flow theory is employed with linear free-surface conditions, multimodal method, and a screen-averaged pressure-drop condition to derive an analytical modal model describing the two-dimensional resonant liquid motions in a rectangular tank with a vertical slat-type screen in the tank middle. The tank is horizontally excited in a frequency range covering the two lowest natural sloshing frequencies. The model consists of a system of linear ordinary differential [modal] equations responsible for liquid sloshing in compartments, as well as a nonlinear ordinary differential equation describing the liquid flow between the compartments. New experimental model tests on steady-state wave elevations near the tank wall are reported for the solidity ratios 0.328 ?? Sn ?? 0.963 where Sn is the ratio between the solid area and the full area of the screen. The experiments generally support the applicability of the model. The discrepancy can be explained by the free-surface nonlinearity. The screen acts as a damping mechanism for low and intermediate solidity ratios, but it causes an increase in the lowest resonant sloshing frequency at higher solidity ratios as if the screen had been replaced by an unperforated wall.     

Approximations to sloshing frequencies for rectangular tanks with internal structures

The frequencies of free oscillation of a fluid in a rectangular tank are reduced by the introduction of a rigid internal structure. This paper gives general, approximate methods for the calculation of the oscillation frequencies when the structure is a cylinder of arbitrary cross section spanning the tank, and with generators normal to one pair of vertical faces. Particular results are given for submerged, circular cylinders and both vertical and horizontal thin baffles.     

On the hysteresis phenomenon in the directly excited nonlinear resonant sloshing waves in a tank

Summary Steady nonlinear resonant standing waves obtained in a rectangular tank by a direct excitation are studied in detail both experimentally and numerically. The experimental study demonstrates the existence of a well defined hysteresis between two quite different wave distributions in the tank. The dissipation coefficient at the wavemaker is estimated from the present experimental results. Numerical simulations based on the solution of the nonlinear Schrödinger equation, with the dissipation coefficient at the wavemaker obtained experimentally, show that this hysteresis may be reproduced in calculations when a nonlinear boundary condition at the wavemaker is adopted. Such a boundary condition is indeed supported by experimental evidence.     

磁橡胶约束阻尼处理的激励力有效区域研究

着重分析磁橡胶约束阻尼处理方法（MRLD)的阻尼效果受激励力影响的原因。基于MRLD与传统约束阻尼处理（PCLD)不同的耗能机制,得到这两种阻尼处理方式下系统耗能量的比值,进而估算MRLD相比PCLD,其阻尼改进效果中存在的激励力有效区域的大致范围。研究表明,材料损耗因子b不仅决定激励力有效区域的范围,同时也决定MRLD所能达到的阻尼改进效果的最优值。     

不同阻尼模型对地铁振动下结构动力响应分析的影响研究

在结构的弹性动力响应分析中,阻尼具有重要的影响,直接决定了结构的耗能与衰减行为。准确地理解不同的阻尼模型的适用条件对实际工程问题的分析具有重要意义。地铁振动激励下的结构动力响应分析具有以下特点：地铁振动激励强度小,结构通常保持弹性,结构的动力响应行为直接受阻尼影响,合理的阻尼耗能对于分析结果的可靠性至关重要;地铁振动的频域范围宽,容易激发结构的多组高阶竖向振型,分析中需要合理考虑各阶振型的阻尼行为。各类阻尼模型由于建立在不同的基本假设之上,适用范围各有不同。粘性阻尼模型和滞变阻尼模型是结构动力分析中常见的两类阻尼模型,为明确不同阻尼模型在地铁振动激励下的结构动力响应分析问题中的特点,从两类模型中各选取了一个典型代表(分别为Rayleigh阻尼和通用频变阻尼),并针对四类常见的典型结构(混凝土框架结构、钢框架结构、混凝土剪力墙结构、钢框架-支撑框筒结构)进行了分析。研究结果表明：采用Rayleigh阻尼时,需根据结构动力特性与荷载频率分布合理定义参考频率区间,相对于覆盖荷载主要频率的参考区间,仅覆盖结构自身前10阶竖向振型的参考频率区间过窄,在该文的频率区间下,后者的顶层竖向峰值加速度比...     

Study of liquid sloshing: numerical and experimental approach

In this paper, sloshing phenomenon in a rectangular tank under a sway excitation is studied numerically and experimentally. Although considerable advances have occurred in the development of numerical and experimental techniques for studying liquid sloshing, discrepancies exist between these techniques, particularly in predicting time history of impact pressure. The aim of this paper is to study the sloshing phenomenon experimentally and numerically using the Smoothed Particle Hydrodynamics method. The algorithm is enhanced for accurately calculating impact load in sloshing flow. Experiments were conducted on a 1:30 scaled two-dimensional tank, undergoing translational motion along its longitudinal axis. Two different sloshing flows corresponding to the ratio of exciting frequency to natural frequency were studied. The numerical and experimental results are compared for both global and local parameters and show very good agreement.     

锥形非固结隔震结构理论与试验研究(I)-支座静力试验

提出了适用于低层及多层建筑结构的锥形非固结隔震结构的新型减震结构体系和锥形非固结隔震支座,为了研究锥形非固结隔震结构的减震机理、减震效果和支座力学性能,对粘弹性材料和锥形隔震支座进行静力试验研究。试验研究结果表明两种粘弹性材料具有相似的耗能能力;支座具有较大的竖向刚度、竖向耗能能力有限;支座水平滞回曲线饱满,曲线呈现出双锥形,在不同参数下等效阻尼比为15%~35%。     

新型SMA隔震支座动载性能试验研究

以提高SMA利用率为目的，设计了几种不同形式的SMA橡胶支座并进行了耗能试验。研究了水平位移幅值、水平加载频率以及竖向荷载等因素对SMA橡胶支座水平刚度、耗能量以及阻尼等基本力学性能的影响，结果表明，新型的SMA橡胶支座均可有效提高橡胶支座的耗能性能和回复能力，并为SMA橡胶支座优化设计提供了依据。     

环境激励下冷却塔结构模态测试与阻尼比特性研究

现行冷却塔结构阻尼比均借鉴荷载规范中钢筋混凝土的5%取值,考虑到冷却塔结构自身构型和材料属性,在理论上其真实阻尼比应小于规范值;阻尼比作为风与地震动力分析的重要输入参数,其取值大小将直接影响冷却塔抗风及抗震安全性,然而,现阶段国内外均缺乏大型冷却塔的现场实测和阻尼比取值研究。选取国内8座典型塔高和塔型的冷却塔进行现场测试,获取了环境激励下塔筒典型部位的加速度响应振动信号。首先采用随机减量法和自然激励技术对实测信号进行预处理,然后结合ARMA,ITD和STD三种模态识别方法获得冷却塔前10阶结构自振频率和阻尼比,并将实测值与有限元结果进行对比和误差分析,再借鉴振型组合的思路推荐了8座测试塔的等效综合阻尼比,最后给出了以基频为目标函数的前10阶模态阻尼比和等效综合阻尼比的估算公式。研究表明,8座冷却塔实测频率与有限元分析结果较为一致,基频最大相差为4.4%;阻尼比识别结果分布较为离散,前10阶模态阻尼比最大为2.86%;8座测试塔的综合等效阻尼比范围均在1.13%-2.16%,误差分析结果表明本文提出的阻尼比拟合公式精度高、稳定性好。