带TMD减振装置的高耸设备模型风洞试验

塔和烟囱等高耸设备容易在风诱导下发生共振,导致设备损坏,研究开发减振装置十分必要。针对高耸设备的减振,设计了一种带钢丝绳的TMD减振装置的高耸设备试验缩比模型,在风洞中开展其减振效果的试验研究。分别对无减振装置和带TMD减振装置的试验模型进行了试验和分析。试验结果表明:在风洞条件下,TMD减振装置在主系统共振风速区域的减振性能优良,减振效率最高可达60%。同时,采用有限元方法对整个试验过程进行数值模拟,以等效刚度和等效阻尼来表征钢丝绳的非线性,数值模拟结果与试验结果吻合,表明该种数值计算方法可用于高耸设备的工程振动分析中。     

调谐质量减振器在人行桥人致振动控制中的应用

以某城市人行天桥的实际工程为例,系统地对天桥人致振动和减振进行了研究与分析。在对桥梁不同工况动力时程响应数值仿真计算基础上,在桥中心布置了2台TMD装置,用以控制桥梁在人行激励时的加速度响应,最终通过对比现场TMD调谐质量减振器装置锁死与释放时的测试结果,证明该工程安装的减振装置达到了预期的效果,将桥梁的阻尼比提高到10倍左右,将桥梁的人行激励加速度响应减小70%左右,说明TMD系统对减轻大跨度钢结构桥梁竖向人致振动有显著效果。     

橡胶钢丝绳复合隔振器的试验

使用电动振动试验台对新型橡胶钢丝绳复合隔振器的隔振性能进行了试验研究.分析不同隔振质量、激励幅值和橡胶材料对复合隔振器传递率的影响,比较了复合隔振器和钢丝绳隔振器在共振频率时的动态特性曲线.研究表明,随着隔振质量、激励幅值和橡胶阻尼的增加,复合隔振器隔振区的频带变宽,且传递率下降明显.通过与钢丝绳隔振器的动态特性曲线比...     

钢连桥人致振动及TMD减振效应实测与分析

以某室外大跨轻柔钢结构人行桥为案例,介绍了该结构的设计概况及调谐质量阻尼器(tuned mass damper,简称TMD)减振设计,分别在结构施工完成后以及TMD装置安装后对其进行了实地动力测试,测得了该结构减振前后的模态特性以及在多种人行荷载工况下的振动响应,采用加速度峰值和均方根值为评价指标,分析了钢连桥人致振动情况及特性。结果表明:一端设计为滑动连接的钢连桥人致振动主要由第1阶竖向振型控制,扭动及水平振动响应相对较小;安装经优化设计的TMD装置后,整体连桥的频率特性没有明显变化,分布式TMD对多种频率激励工况均有良好的调谐减振作用,减振率达到35%~70%;共振激励下测得的原结构阻尼比较小,安装TMD后结构的阻尼比提高4倍,并且呈现出在自由振动衰减的前期较大,随着振动幅度变弱阻尼比降低;测试中发现TMD装置的减振效率对其阻尼比的变化不敏感。     

面向实车动力传动系统的隔振与吸振综合减振技术研究

搭建某实车动力传动系统的当量模型,建立发动机转矩激励模型,并以转速和谐次计算获得主谐次频率作为外部激励转矩的主导频率.随后对系统进行受迫振动分析,获得振动响应恶化频带,将模型简化,进行固有振动特性分析,探究振动恶化原因.然后根据系统固有振动特性匹配扭转隔振器和吸振器减振性能参数,将两种装置与动力传动系统整合,进行仿真计算,对比两种装置减振效果,并从减振机理分析两者差异性.最后将扭转隔振器和吸振器组合成减振组块安装到系统中,进行参数匹配和结构设计,制定频率调谐控制方案,利用仿真计算验证其优良的减振性能.     

非线性-线性联合减震控制方法频谱特性分析

非线性质量阻尼器和线性质量阻尼器相联合的结构控制方法将非线性能量阱(nonlinear energy sink,简称NES)和调谐质量阻尼器(tuned mass damper,简称TMD)的特点集中于一个或一组装置中,使其在具有较高减振性能的同时兼备较强的鲁棒性能。为研究单质量联合阻尼器和双质量联合阻尼器的减震性能,在某8自由度主体结构顶层分别附加各类控制装置,包括单联、双联、TMD和NES,并在脉冲型荷载作用下对各控制装置进行参数优化,考察其能量鲁棒性和频率鲁棒性。在地震作用下进行减震效果对比和频谱特性分析,得出在反应谱曲线呈斜坡型时,带有非线性特点的控制方法减震性能相对TMD较好。综合输入能量和频率变化两方面因素,非线性-线性联合控制方法减震性能更优越。     

烟气脱硫塔风诱导振动的TMD控制研究

针对高塔设备风诱导振动的实际问题,提出采用调谐质量阻尼器（TMD）对其进行被动控制。以某烟气脱硫塔为例,运用数值仿真技术,首先通过模态分析获得结构的自振特性,然后利用谐响应分析研究调谐质量阻尼器控制效果随其参数变化的一般规律,并应用更为精确的时程分析法对减振前后高塔设备的风诱导振动情况进行了对比分析。研究结果表明：质量、频率比及阻尼比对控制效果有重要影响,应对其进行优化。参数优化后,塔顶的最大振幅减小了89．4％,减振效果十分显著。     

可用于大幅值激励的永磁式非线性隔振器

大加速度激励可极大影响结构的性能,甚至造成其破坏,如火箭发射时产生的强烈振动。提出了一种新型永磁式非线性隔振器,利用永磁力构建等效负刚度,并基于非线性软弹簧实现大加速度激励下的高性能隔振。永磁装置由一个轴向布置的永磁体和三个沿圆周均布的环形永磁体构成,所有永磁体均沿轴向磁化。分析并建立了隔振系统理论模型,基于谐波平衡法推导并得到了非线性隔振器的传递率表达式。设计了非线性隔振器的试验系统,分别研究了隔振器在0.2g、0.3g、5g及7g加速度激励下的隔振性能。结果表明,非线性隔振器在大幅值加速度激励(7g)下具有良好的隔振效果,其峰值频率降低47%,最大传递率降低70%。此外,也研究了永磁装置沿圆周不对称时的隔振特性,在该情况下,峰值频率降低51%,最大传递率降低86%。     

磁流变弹性体隔振器的设计与振动特性分析

磁流变弹性体是磁流变材料的一个新的分支,兼有磁流变液和弹性体的优点,在结构振动的主被动一体控制中有着广泛的应用前景.利用磁流变弹性体的可控刚度和阻尼特性,基于挤压式受力方式,设计一种磁流变弹性体隔振器,并对其在不同外加控制电流和激励频率下的振动响应特性进行了相关试验测试,分析和研究外加控制电流和激励频率对隔振器的振动响应特性和隔振效果的影响.试验结果发现,在外加电流的作用下,磁流变弹性体能有效增大结构阻尼,改变隔振器振动响应谱峰值的频率和幅值,提高系统的隔振效果.结果表明所设计的磁流变弹性体隔振器能在外加电流的控制下,实现对结构振动响应峰值的移频和减幅作用,具有较好的主被动一体减振效果.     

考虑装置失效的高层建筑舒适度生命周期设计

鉴于个体对风致振动反应的不确定性及差异性,结合日本的AIJ(Aruitectural Institute of Japan,简称AIJ)标准,建立评价高层建筑风振舒适度性能水平的感振率模型,对基于可靠度理论的生命周期费用模型进行修正,并在模型中考虑了风振控制装置失效对结构舒适度性能的影响。利用修正模型对高层建筑调频质量阻尼器(tuned mass damper,简称TMD)、调频液柱阻尼器(tuned liguid column damper,简称TLCD)以及组合调谐阻尼器(combined tuned damper,简称CTD)安装与否进行投资决策。研究表明:考虑振动装置失效时结构1年内的感振率可达到不考虑装置失效时的1.4~3倍;基于修正模型进行各阻尼器方案比选时,CTD的减振效率和生命周期费用都介于TMD和TLCD之间,是个很有竞争力的选择。     

Experimental investigation on the hysteresis behavior of the wire rope isolators

Vibration isolation has been widely applied to filter the external excitation energy and impact forces in building structures and equipment. Wire rope isolator (WRI), a kind of isolator for vibration and shock isolation, shows a better performance in attenuating these forces. WRIs are able to deviate these external forces through their mechanical configuration and high-energy dissipative capabilities. The application of WRI demands knowledge of its behavior and the relation between various geometrical properties and input force. The present work investigates the influence of geometrical parameters, such as wire rope diameter, number of coils, and displacement amplitude on the hysteresis behavior of WRI under quasi-static loading in both vertical and horizontal directions. The hysteresis behavior of different WRIs was evaluated using the calculated parameters from hysteresis force-displacement curves: energy loss ratio (ELR), and effective stiffness. The study indicates that the geometric properties significantly influence the effective stiffness than the energy loss ratio. It is observed that, increased displacement amplitude results in decreased ELR and hence damping capabilities. The study also confirms that the wire rope isolator possesses a good ability in damping through its stiffness and high-energy dissipation capability.     

舰载机柜钢丝绳隔振器试验研究

基于振动数据采集器和单轴加速度传感器,使用理论和试验方法对某舰载机柜的钢丝绳隔振器进行正弦振动试验研究,通过数据采集器分析软件计算所得的振动传递率曲线对钢丝绳隔振器的动力学特性进行探讨分析,采用不同安装形式下的钢丝绳隔振器对其一致性特性进行研究。试验结果表明,舰载机柜钢丝绳隔振器振动传递率特性满足钢丝绳隔振器国军标规范文件的要求,钢丝绳隔振器的一致性较好,可为其他舰载机柜钢丝绳隔振器选型优化设计提供理论和试验依据。     

钢丝绳隔振器静力测试台研制

为测试钢丝绳隔振器的承载力、容许位移量和静刚度等静力特性，研制了钢丝绳隔振器静力测试台。该测试台采用3套独立的液压系统分别对可沿垂直向导向柱滑动的垂直导向板和可作水平横向、水平纵向滑动的3层叠合结构加载，通过测力传感器和数显标尺测试加载力和隔震器位移。该测试台既可对隔振器进行单向加载，又可进行二向或三向不同力值的加载，结构简单，设计合理，稳定可靠，为钢丝绳隔振器的研制和检测提供了手段。     

高耸闪蒸塔调谐质量阻尼减振技术的数值分析

针对高耸闪蒸塔在强风作用下振动响应过大的问题,将调谐质量阻尼器（TMD）减振技术应用到高耸闪蒸塔风振控制中,以保证设备运行安全并延长其使用寿命.通过Matlab数值模拟,研究了TMD安装后闪蒸塔顶端的风振能量减少率以及寻找最优参数.在此基础上,总结了能量减少率等值线图,可以通过协调二者的关系来解决TMD运行空间有限的难题.研究结果表明：TMD可以有效控制高耸闪蒸塔进行风振响应,在最优匹配参数下,TMD能够降低闪蒸塔的顶端振动能量约47.07％,为工程实际应用提供了一定参考.     

考虑载荷变化的准零刚度隔振器动态特性

为了研究载荷变化对准零刚度隔振器动态特性及隔振性能的影响,首先,分析具有分段非线性特性的准零刚度隔振器静力学特性;其次,引入光滑函数,应用增量谐波平衡法得到准零刚度隔振器的周期解,分析载荷与激励幅值对隔振器动态特性的影响;最后,定义准零刚度隔振器的力传递率,分析载荷与激励幅值对其隔振性能的影响。研究结果表明:当激励幅值较大时,载荷变化会导致响应的常数项在共振区附近出现交叉折叠的现象;载荷与激励幅值的变化会改变隔振系统的共振频率、传递率峰值以及有效隔振频带,但该准零刚度隔振器的隔振性能仍优于线性隔振器。     

准零刚度扭转隔振器振动传递特性研究

针对一种应用连杆弹簧负刚度结构所设计的正负刚度并联扭转隔振器,通过分析其设计参数,得到了其在静平衡位置达到准零刚度的条件。针对所述系统,建立二自由度非线性动力学微分方程,应用谐波平衡法求解了准零刚度隔振器的振动响应。考虑激励幅值、系统阻尼和转动惯量等因素,从扭转振动力矩传递和扭转振动功率流传递两个角度分析了准零刚度隔振系统的非线性振动传递特性。结果表明,此隔振系统具有良好的低频隔振效果,且表现为振动传递的硬特性;从功率流角度的分析还表明,系统的瞬时传递功率流峰值与输入功率流和耗散功率流的变化趋势保持一致。在低于共振区域的低频区间内,隔振系统前后两端的转动惯量对系统振动具有较大影响。最后,对扭转隔振器的振动隔离特性进行了试验验证,试验结果表明,隔振器具有良好的低频振动隔离特性。     

基于电液伺服系统的多绳缠绕式提升机浮动天轮主动调绳性能研究

在多绳缠绕式超深矿井提升机运行过程中,采用基于电液伺服系统的浮动天轮主动调绳装置,调节钢丝绳的张力。根据浮动天轮主动调绳装置的结构和原理建立阀控缸液压伺服系统的数学模型,设计了电液伺服系统的模糊自适应PID控制器,提出了一种基于模糊自适应PID控制的电液伺服系统实现浮动天轮主动调绳的控制方法,并建立了相应的数字仿真模型,以不同扰动频率的正弦函数输入模拟钢丝绳的振动,分析了液压缸的动态特性。仿真结果证明了采用模糊自适应PID控制方法的电液伺服系统浮动天轮主动调绳装置的有效性。     

An analytical study on the static vertical stiffness of wire rope isolators

The vibrations caused by earthquake ground motions or the operations of heavy machineries can affect the functionality of equipment and cause damages to the hosting structures and surrounding equipment. A Wire rope isolator (WRI), which is a type of passive isolator known to be effective in isolating shocks and vibrations, can be used for vibration isolation of lightweight structures and equipment. The primary advantage of the WRI is that it can provide isolation in all three planes and in any orientation. The load-supporting capability of the WRI is identified from the static stiffness in the loading direction. Static stiffness mainly depends on the geometrical and material properties of the WRI. This study develops an analytical model for the static stiffness in the vertical direction by using Castigliano’s second theorem. The model is validated by using the experimental results obtained from a series of monotonic loading tests. The flexural rigidity of the wire ropes required in the model is obtained from the transverse bending test. Then, the analytical model is used to conduct a parametric analysis on the effects of wire rope diameter, width, height, and number of turns (loops) on vertical stiffness. The wire rope diameter influences stiffness more than the other geometric parameters. The developed model can be accurately used for the evaluation and design of WRIs.     

Adaptive control of a vehicle-seat-human coupled model using quasi-zero-stiffness vibration isolator as seat suspension

We propose the quasi-zero-stiffness (QZS) vibration isolator as seat suspension to improve vehicle vibration isolation performance. The QZS vibration isolator is composed of vertical spring and two symmetric negative stiffness structures used as stiffness correctors. A vehicle-seat-human coupled model considering the QZS vibration isolator is established as a three degree-of-freedom (DOF) model; it is composed of a quarter car model and a simplified 1 DOF model combined vehicle seat and human body. This model considers the changing mass of the passengers and sets the total mass of the vehicle seat and human body as an uncertain parameter, which investigates the overload and unload conditions in practical engineering. To further improve the vehicle ride comfort, a constrained adaptive backstepping controller law based on the barrier Lyapunov function (BLF) is presented. The dynamic characteristic of the active vehicle-seathuman coupled model under shock excitation was analyzed using numerical method. The results show that the designed controller law can isolate the shock excitation transmitted from the road to the passengers effectively, and both the vehicle and seat suspension strokes remain in the allowed stroke range.     

结构参数对锚段关节防风性的影响分析

以新疆铁路强风地区某段接触网的四跨绝缘锚段关节为研究对象,基于大型通用有限元分析软件ANSYS建立了有限元模型。应用非线性瞬态分析的方法,获得了锚段关节在不同平均风速下的风振响应。根据风振响应分析了锚段关节结构参数对锚段关节防风性的影响。分析结果表明:适当减小接触线截面面积、增大接触线和承力索初始张力可提高锚段关节防风性;承力索截面面积对锚段关节防风性影响较小,承力索初始张力大于14 kN的结构较为适宜。