考虑惯容的多颗粒阻尼器等效力学模型及试验验证

在现有多颗粒阻尼器(M-PD)等效单颗粒力学模型研究基础上,通过引入惯容考虑颗粒群滚动对M-PD减振效果的影响,建立了考虑惯容的等效惯性单颗粒模型(EISM),并基于Runge-Kutta算法建立了简谐激励及地震激励下M-PD单自由度结构运动状态的完整求解算法.设计进行了M-PD控制下的单层钢框架振动台试验,探究了不同...     

非堆积型多颗粒阻尼器等效力学模型及其减振性能分析

为考虑颗粒群碰撞过程中时间效应对非堆积型多颗粒阻尼器(non-packed particle damper, NPPD)减振性能的影响,在现有考虑惯容的等效单颗粒力学模型(equivalent inertia single-particle model, EISM)研究基础上,提出了基于接触单元法的等效单颗粒力学模型(equivalent inertia single-particle model based on contact element method, EISM-CE),并基于Runge-Kutta算法建立了NPPD单自由度结构运动状态求解算法。设计进行附加NPPD单层钢框架结构振动台试验,探究不同填充率对结构顶层位移频响曲线的影响规律,提出了EISM-CE参数取值原则,进而进行力学模型试验验证及模型对比分析。在模型验证合理性基础上,基于EISM-CE依次进行了自由振动、简谐激励及记录强震动下减振性能及能量变化规律分析。研究结果表明,与现有EISM相比,提出的基于接触单元法的EISM-CE模型及参数取值原则更加合理有效。减振性能数值分析结果表明,不同激励下NPPD均具有较好的...     

基于惯容系统位置的调谐质量阻尼器的振动控制研究

为研究惯容系统位置对调谐质量阻尼器(tuned mass damper, TMD)减振性能的影响,首先基于动力学原理,采用定点理论对惯质调谐质量阻尼器(TMD-inerter, TMDI)进行参数优化,得到最优频率比和最优阻尼比解析解;其次讨论了频率比及阻尼比对结构振动特性的影响;最后对TMDI鲁棒性进行研究。结果表明：惯容系统连接位置对阻尼器吸振能力影响显著,与传统TMD和非接地TMDI相比,接地TMDI使主结构动力放大系数分别减小约8.4%、16.5%;接地TMDI调频宽度相比传统TMD提高约6%;在阻尼摄动范围内,接地TMDI减振系统动力放大系数增幅约1.5倍;接地TMDI具有更良好的鲁棒性,可为设计新型TMDI模型提供理论参考。     

高耸烟囱结构调谐质量惯容阻尼器(TMDI)风振控制方法及效果研究

高耸烟囱是一种典型的风敏感结构,尤其是横风向涡激共振会对结构安全造成不利影响,往往需要对其进行风振控制。相比传统的调谐质量阻尼器(TMD),调谐质量惯容阻尼器(TMDI)能够通过惯容器实现动力吸振器的轻量化设计。但惯容器的连接位置,不仅影响其在对高耸烟囱结构上实施的难度,对风振控制效果的影响也尚待定量化研究。该文将高耸烟囱简化为广义单自由度结构,基于风荷载频谱的滤波表示,推导了TMDI控制下结构风振响应的解析解。在此基础上,对TMDI最优设计参数进行了参数化分析,总结了相应的经验公式供设计参考。此外,通过对比TMDI与TMD的风振响应控制效果,给出了惯容器起增强控制效果的判别准则,以及TMDI的等效TMD质量比计算公式,以指导动力吸振器的轻量化设计。最后,通过对某270 m高混凝土烟囱风洞试验数据进行TMDI风振控制算例分析,验证了理论分析的有效性。结果表明,采用该文优化设计方法,TMDI可降低涡激共振锁定区内高耸烟囱的设计风荷载45%以上。     

考虑摩擦效应的颗粒阻尼器力学模型研究及参数分析

颗粒阻尼具有高度非线性特性且影响因素复杂,在土木工程减振控制的研究和应用处于简单理论探究与实验阶段,尚未形成成熟可靠的理论对实际设计和应用进行指导。在阻尼颗粒未发生堆积时,考虑阻尼颗粒与阻尼器腔体之间的碰撞过程和摩擦效应,构建一种颗粒阻尼器-单自由度结构系统力学模型,并求得该力学模型在简谐激励下位移响应的解析解。该模型能够充分反映颗粒阻尼器的碰撞和非碰撞过程,其相轨迹可以体现颗粒阻尼器的复杂非线性特征。通过单层钢框架在简谐激励下的电磁振台试验对颗粒阻尼器的理论及运动特性进行验证,证明该理论模型的合理性和解析结果的正确性。最后对颗粒阻尼器进行颗粒质量、激振幅值、激振频率和阻尼颗粒运动间隙的参数分析,并与已有冲击阻尼器模型进行对比,结果表明所构建的力学模型能更加合理地评价颗粒阻尼器的减振性能。     

并联式单向单颗粒阻尼器力学模型及优化分析

针对目前颗粒阻尼器的不足及土木工程减震的需求,提出并联式单向单颗粒阻尼器(Parallel Single-Dimensional Single Particle Damper, PSSPD)。在剖析PSSPD减振机理且全面考虑颗粒的受力状态的基础上,建立其力学模型并提出一种高效的变步长数值计算方法。针对简谐激励,获得PSSPD-单自由度结构系统处于稳定、对称、周期碰撞状态时的系统位移响应解析表达,并在该结果的基础上分析各参数对PSSPD性能的影响及颗粒运动最优间距的与其它参数的关系,对其准确性进行验证。提出PSSPD在地震动中的优化分析方法并对其合理性和准确性也进行验证,并研究在最优设计参数和不同场地地震动作用下PSSPD对结构的减震效果。结果表明:因PSSPD属于加速度(力)相关性阻尼器,只要颗粒发生碰撞就会转移受控结构的能量,而地震动频谱的丰富性和随机性增强了颗粒发生碰撞的概率,PSSPD对不同场地下的地震动均有良好的减震效果,且场地效应对其减震效果影响不明显,更加适用于中低层结构。     

考虑本体质量的滚珠丝杠惯容系统建模与性能分析

针对惯容在研究中本体质量常被忽略的问题,基于一类滚珠丝杠惯容,提出了一种考虑惯容本体质量的端口质量模型。建立了基于滚珠丝杠惯容的一阶系统和二阶系统数学模型和虚拟样机仿真模型,通过对比数学模型和虚拟样机仿真模型的频率响应,并通过台架试验,证实了所提出的惯容端口质量模型的有效性。进一步,基于1/4车辆悬架模型,分析了惯容本体质量对乘坐舒适性的影响,对比分析了考虑和不考虑本体质量两种情形下的系统性能。优化仿真结果表明,考虑本体质量和不考虑本体质量两种情形下系统性能存在一定差异,且基于端口质量模型的优化结果可进一步提升系统舒适性,说明了考虑惯容本体质量的必要性以及所提端口质量模型的有效性。     

粘弹性阻尼器的计算模型

本文介绍了粘弹性阻尼器的构造与性能,以及目前普遍用于分析粘弹性阻尼器的五种计算模型,提出了一种能够体现温度和频率影响的新计算模型—等效标准固体模型,然后通过实例分析,得出有关结论。     

磁流变阻尼器性能试验及其非线性力学模型

磁流变阻尼器是一种应用前景广阔的智能型阻尼器。研制了双出杆流动型磁流变阻尼器,对其进行了阻尼特性试验。在阻尼特性试验研究的基础上,建立了描述磁流变阻尼器阻尼特性的非线性模型。讨论了施加的电流、激振频率对非线性模型参数的影响。所建立的非线性模型与传统的Bingham塑性模型相比较具有精度高、能准确反映磁流变阻尼器滞回特性等优点。     

摆式惯容-零二次刚度自复位阻尼器并联加固双柱墩抗震性能研究EI北大核心CSCD

提出一种由摆式惯容(PI)和零二次刚度自复位阻尼器(ZSCD)并联组成的新型阻尼系统(IZSCD),用以加固钢筋混凝土双柱墩,以减轻自复位支撑加固对双柱墩桥基底剪力及加速度的不利影响。通过对IZSCD加固结构单自由度线性化系统的卷积积分和数值时程分析,提出并验证了含惯容系统位移反应谱。基于该反应谱,用直接基于位移设计(DDBD)方法对IZSCD加固双柱墩进行抗震设计,并用弹塑性时程分析验证了设计结果。进而研究了惯质比和杠杆放大比等对加固结构抗震性能的影响。结果表明,所提出IZSCD能有效减小自复位加固双柱墩桥的加速度和基底剪力。该研究提出了一种兼顾位移、加速度和基底剪力的双柱墩自复位加固技术,并为该类加固结构的抗震设计提供指导。     

用于阻尼器试验的斜拉索等效模型建模

该文提出一种便于试验室内布置的短梁模型等效斜拉索,利用该模型可进行足尺拉索阻尼器试验研究。等效原则为,附加阻尼器后等效模型一阶振动频率及模态阻尼与其原型按张紧弦理论计算得到的相应值相等。该文首先提出了等效模型的概念及参数;然后,对比水平张紧弦-线性粘滞阻尼器系统的振动分析理论,对等效模型进行了自由振动和有阻尼振动的参数分析,采用数值方法分析了模型的振动特性;最后比较模型与原型的振动特性,提出确定模型参数的方法。数值模拟结果表明:按上述方法得到的等效模型与原型一阶振动频率及附加相同阻尼器后模态阻尼比的差值均小于5%,等效模型具有良好的精度。     

模型结构的磁流变阻尼减振控制试验研究

在磁流变阻尼器力学性能试验基础上,利用MTS793系列软件平台,对安装有两种不同型号磁流变阻尼器的五层钢框架模型结构进行了地震模拟振动台减振控制试验,控制策略包括两种被动控制和基于有限传感器的H_∞静态输出反馈控制方法的半主动控制。试验结果表明:两种磁流变阻尼系统的被动控制与半主动控制均可以有效减小地震作用下模型结构的位移反应和绝对加速度反应;当磁流变阻尼控制Passive-off提供的阻尼力过大时,Passive-on只起着刚性支撑的作用;当磁流变阻尼控制Passive-off提供的阻尼力较小时,Passive-on的控制效果要好于Passive-off;半主动控制与被动控制相比,优势并不明显。指出了磁流变阻尼器与模型相匹配的重要性,在工程应用中应引起高度重视。     

铅-磁流变阻尼器的试验及计算模型

首先介绍了铅-磁流变阻尼器（LMRD）的构造与特点。然后根据LMRD试验测得的滞回曲线,提出了该阻尼器的力学模型-Michaelis-Menten模型,并对模型参数进行了识别。最后通过将模拟结果与试验结果进行对比对模型进行了验证。结果表明：Michaelis-Menten模型能描述电流、位移幅值和激励频率对LMRD力学性能和非线性滞回性能的影响。     

磁流变阻尼器的非线性参数模型

根据磁流变阻尼器阻尼力特性的试验结果，建立了非线性参数模型。该力学模型由改进的Bingham单元（库仑摩擦单元与非线性粘滞单元并联）、非线性弹簧单元和质量单元串联而成。非线性参数模型能够很好地模拟阻尼力的滞回特性，对小速度时的阻尼力-速度关系也能很好地描述。模型中各参数物理意义明确，参数理和口描述了阻尼力分别与速度和位移的非线性关系。     

SMA阻尼器控制单自由度结构在地震激励下的平稳随机振动研究

对安装有超弹性形状记忆合金(shapememoryalloy,简称SMA)阻尼器的单自由度结构在地震激励下的平稳随机振动进行了理论研究:假定地震地面运动是具有平稳过滤有色噪声模型的随机过程,确定了与《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)相对应的随机地震动模型参数(平稳持时和谱强度因子);建立了SMA阻尼器控制的单自由度结构在平稳地震动过程下的状态方程,并采用随机等价线性化法推导了其平稳反应公式以及基于首超破坏准则的结构动力可靠性公式;通过算例,证明了随机振动解析式是可行的,并指出SMA阻尼器能消耗地震能量,从而有效抑制结构的振动,增加结构动力可靠性。     

基于系统识别理论的磁流变阻尼器模型

磁流变阻尼器(MR damper)是一种新型的半主动结构振动控制装置。只要给该阻尼器输入很小的能量,它就能在极短的时间内(毫秒级)产生很大的力。这种阻尼器的性能可通过一组非线性微分方程来描述,物理参数包括位移、电压和力。给阻尼器输入位移和电压,阻尼器能产生一定的力。基于系统识别理论,采用ARX模型和优化神经网络技术对磁流变阻尼器的性能进行了仿真。训练后的神经网络能分别通过前向模型和反向模型精确地预测磁流变阻尼器的力和电压。把这样的神经网络用于控制系统,还能实现结构的主动控制。     

磁流变阻尼器简化力学模型研究

基于磁流变液体在不同磁场和剪切率下流变特性和磁流变阻尼器在混合模式下的力学原理,推导出包含四个待定系数的磁流变阻尼器简化力学模型。利用MTS8701系统测试的磁流变阻尼器的阻尼力与活塞杆运动速度及励磁电流的试验数据,对磁流变阻尼器简化力学模型进行了系数辩识。用磁流变阻尼器的电压驱动和电磁系统动态响应时间加上磁流变液体成链时间作为磁流变阻尼器的响应时间,建立了带时滞因子的磁流变阻尼器简化力学模型。试验与仿真分析结果表明,该简化力学模型能反映其基本力学特性。     

复合材料圆管构件的等效模型研究

本文针对任意壁厚的复合材料圆管构件的等效弹性模量和剪切模量提出了高阶理论计算方法,它考虑了构件的横向剪切效应以及层合材料的三维本相关系,并且对三种缠绕方式的等效模量进行了预测,预测结果与经典层合报理论和实验的预测结果吻合较好,该方法可用于复合材料杆件结构的设计中。