非线性结构利用摩擦阻尼器振动控制的优化设计

研究了强烈地震作用下非线性结构中摩擦阻尼器的参数优化问题。非线性结构的恢复力和摩擦阻尼器的滞回特性分别用连续的Bouc-Wen模型表示,利用遗传算法以相对性能指标为目标函数对阻尼器的参数进行优化,比较了不同地震波下摩擦阻尼器的减震效果。取一个八层结构为例进行计算,结果表明,摩擦阻尼器能有效地减小非线性建筑结构在强烈地震下的响应,Bouc-Wen模型能够较好地模拟摩擦阻尼器的滞回性能,使用遗传算法优化后摩擦阻尼器的参数,提高了结构的减震效果。     

基于磁流变阻尼器的结构振动优化控制

磁流变（MR）阻尼器利用MR流提供可控性是当今最新的半主动控制装置，工程应用前景十分广阔，但由于MR阻尼器所固有的高度非线性动特性，使得描述其阻尼力-输入电压关系的逆向动特性的数学模型很难得到，而逆向动特性模型对实现整个控制策略又是至关重要的。本项研究针对这一问题提出运用神经网络技术建立MR阻尼器的神经网络模型来模拟其逆向动特性，并设计与之相适应的控制系统，建立起基于MR阻尼器的结构振动控制的有效分析方法，通过数值仿真结果探讨所提出的结构控制策略的有效性。     

偏心轮叠层摩擦阻尼器的滞回性能研究

为解决常规摩擦阻尼器过大压力导致的一系列问题,设计一种新型偏心轮叠层摩擦阻尼器。该阻尼器以并联多层叠加的摩擦面的方法,实现在较小摩擦界面正压力条件下获得目标摩擦阻尼力的目的;设置偏心轮加压装置,使得阻尼器实现变摩擦功能,且阻尼器摩擦面在服役期间的待命阶段的预压力为0,以提高阻尼器的可靠性,进一步解决过大压力的问题。通过往复加载试验对该阻尼器的性能进行了研究,获得了偏心轮叠层摩擦阻尼器阻尼力与位移的关系,并对偏心轮叠层摩擦阻尼器力学性能进行了有限元分析。结果表明:阻尼器摩擦板的叠层设计能够有效放大了摩擦阻尼力;偏心轮叠层摩擦阻尼器可以提供变摩擦滞回曲线,理论公式、有限元模拟结果与试验结果吻合较好,可作为该阻尼器设计的参考依据。     

带凸肩叶片的稳态响应计算及其阻尼减振分析

研究干摩擦理论在航空发动机叶片组振动控制方面的应用，着重分析带凸肩叶片的动力特性及凸肩干摩擦副的阻尼减振规律。在引入凸肩干摩擦非线性连接元概念的基础上，将固定界面模态综合法推广应用于带凸肩叶片组动力有限元模型降阶；提出用阻尼因子解决凸肩干摩擦阻尼大小的度量问题；在稳态特性数值计算中构造了两步迭代算法，改善了Ｐｉｃａｒｄ单步迭代法收敛性差的缺点。编制了相应的计算程序，完成两叶片系统计算模型的数值分析。     

TLCD-结构转化为TMD-结构减振控制的研究

该文针对平面对称结构和不对称结构,比较TLCD-结构体系和TMD-结构体系的耦联微分方程,得到TLCD-主结构与TMD-主结构质量比、频率比、主结构自振频率和主结构阻尼等,由此可将TLCD-结构体系转化为TMD-结构体系,利用DenHartog公式对TLCD阻尼比和频率比参数优化,并用有限元软件来对复杂结构减振控制进行数值计算。通过单层平面不对称结构和20层Bechmark模型放置单个或多个TLCD,用DenHartog公式求得TLCD参数,并用SAP2000进行结构分析,与MATLAB结果进行比较来验证该方法的合理性和可行性。     

基于可变摩擦阻尼力的斜拉索半主动控制算法

通过比较线性粘滞阻尼器和摩擦型阻尼器的耗能,发现斜拉索采用摩擦型阻尼器获得的最大附加阻尼高于相应的线性粘滞阻尼器,进而提出了基于可变摩擦阻尼力的斜拉索半主动控制算法。该算法通过控制阻尼器位置处的拉索位移振幅来实时调节阻尼力,使其始终满足拉索-阻尼器系统的最优阻尼力幅值与最优阻尼器位移幅值的对应关系。按摩擦型阻尼器的方式耗能,系统获得的最大附加阻尼总是高于线性粘滞阻尼器的被动最优控制,且与振动频率无关,可以实现斜拉索的变频率多模态振动控制。最后,分别针对斜拉索的自由振动和简谐强迫振动进行了半主动控制算法的数值模拟,验证了其减振效果。     

新型巨-子结构消能控制体系的动力特性及减震性能研究

基于旋转惯容阻尼器(Rotation Inertia Damper,RID)具有实际物理质量小,且能提供较大阻尼力的特点,提出将RID应用到巨型结构体系,形成RID-巨-子结构消能控制体系.通过建立RID-巨-子结构消能控制体系的振动微分方程,分析RID参数(等效质量和等效阻尼系数)对系统动力特性的影响规律.在此基础上...     

Wind-Induced Vibration Control for Substation Frame on Viscous Damper

In order to study the wind-induced vibration control effect of the viscous damper on the large-scale substation frame, this paper takes the large-scale 1000 kV substation frame of western Inner Mongolia as an example. The time-history sample of pulsating wind load is simulated by harmonic superposition method based on Matlab software. 6 kinds of viscous damper arrangement schemes have been designed, and SAP2000 finite element software is used for fine modeling and input wind speed time history load for nonlinear time history analysis. The displacement and acceleration of a typical node are the indicators of wind vibration control. The wind-induced vibration control effects of different schemes under different damping parameters have compared, and the damping parameters are analyzed for the optimal layout scheme. The results show that a viscous damper has installed in the lower layers of the substation; a viscous damper is placed between the ground column and the lattice beam. It is an integrated optimal solution. The wind-induced vibration control effect of the optimal scheme is sensitive to the viscous damper parameters, and the control effect does not increase linearly with the increase of the damping index and the damping coefficient. Corresponding to different damping indexes, the damping coefficient has a better range of values.     

新型汽车扭振减振器扭振特性试验研究

对一种新型汽车扭振减振器的动态工作特性进行试验研究,通过试验与理论相结合的方法,系统的研究了该减振器动态扭振特性。研究表明：减振器恢复扭矩与扭振振幅成典型的迟滞非线性,而且其动刚度是振幅的非线性函数;阻尼是振幅、频率的非线性函数,阻尼成分较丰富,既有干摩擦阻尼,又有粘性阻尼;建立的恢复扭矩混合阻尼动力学模型能够很好地描述这类非线性扭振减振器的迟滞特性,理论回线与试验回线吻合较好,为优化设计出高性能的汽车扭振减振器提供了理论依据。     

干摩擦阻尼及其应用

采用干摩擦阻尼可以有效的限制构件的振动应力水平，从干摩擦阻尼特必的理论分析，干摩擦阻尼器的数学模型的建立以及在结构减振设计上的应用先进方面进行了论述，总结了国内外的研究方法及存在的问题，对我国开展该方面的研究工作具有一定的借鉴。     

面向RC结构损伤演变的位移相关型阻尼模型及参数识别

针对目前阻尼模型不能充分反映钢筋混凝土结构阻尼与损伤之间关系的不足,提出位移相关型非线性阻尼模型,该模型既能反映结构振动过程中的粘滞阻尼耗能又能反映与结构损伤相关的内摩擦耗能。将内摩擦阻尼分解为残余应力效应和粘结滑移效应。基于能量守恒原理提出模型中阻尼参数的识别方法,并进行数值验证。对一钢筋混凝土简支梁进行损伤加载和动力测试,基于位移相关型非线性阻尼模型和相关动力学模型识别各损伤状态下的阻尼参数,分析其变化规律及非线性阻尼与损伤之间的内在联系。结果表明位移相关型阻尼模型不仅能反映阻尼比随位移峰值的增大而增大的现象,还能反映阻尼比随损伤程度的演变规律。     

新型缓冲阻尼器设计及其冲击响应特性研究

针对强冲击环境下设备防护问题,提出一种新型缓冲阻尼器。该阻尼器依据环形间隙阻尼系数计算公式,以双出杆阻尼器为改进基础并利用弹性力与阻尼力相位差原理而设计。通过单自由度数学模型计算分析了新型缓冲阻尼结构的冲击响应与自身特性。结果表明,相比于双出杆流体阻尼器,该阻尼器在保证不增加绝对加速度与相对位移幅值的前提下,可有效降低残余响应,被隔离体复位时间缩短48%。在特性分析中,相比双出杆流体阻尼器,新型阻尼器耗能增加了28%,两者阻尼力最大相差470 N。根据正、负双波试验的结果,说明了数值仿真可以较为准确地描述新型缓冲阻尼器在冲击下的响应特性,同时,也验证了该缓冲器具有较好的抗冲减振能力。     

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。     

基于多尺度方法的带颗粒阻尼悬臂梁自由振动半解析分析

被动式颗粒阻尼器原理简单、性能优越,广泛应用于结构减震领域。极端环境容易激起结构的高频振动,颗粒阻尼的非线性特性使得多模态振动的减振特性相互耦合。采用模态综合法分析自由端带集中质量块的悬臂梁、离散单元法模拟颗粒阻尼器中颗粒集的运动,基于多尺度分析的球-墙耦合模型建立了揭示结构多模态振动条件下颗粒阻尼减振机理的半解析分析模型。分析表明,颗粒阻尼器具有良好的减震效果,减振性能受结构振动模态影响很大。与单一模态振动减振性能相比,多阶模态振动同时存在时,低阶模态幅值的衰减出现了滞后,而高阶模态幅值的衰减则明显加快。因此,采用单一模态获得的等效阻尼比不足以表征复杂振动条件下颗粒阻尼器的减振性能。     

基于T-S型模糊逻辑的半主动摩擦阻尼器对非线性结构的振动控制

采用T-S(Takagi-Sugeno)型模糊逻辑调节半主动摩擦阻尼器正压力的方法对非线性结构的振动控制问题进行了研究。首先,建立了采用连续Bouc-Wen滞回模型的非线性结构控制系统运动方程,运用时程分析法确定了小震下摩擦阻尼器的初始滑动力,然后在建立半主动控制策略的基础上,采用T-S型模糊逻辑调节作用在半主动摩擦阻尼器上的正压力,实现对非线性结构的振动控制。数值分析结果表明,该方法能有效地减小非线性结构在地震激励下的峰值响应。     

半主动叶片式阻尼器的建模与实验研究

叶片式阻尼器是一种新型的耗能装置,用于吸收能量和减小振动,以实现系统的结构保护。该文提出一种用于直升机操纵系统减振的半主动叶片式阻尼器,通过电机带动调整螺钉以改变阻尼间隙的大小,进而实现对阻尼力矩的控制。基于MTS试验机对该阻尼器进行示功试验并研究其动态特性。为准确地跟踪该阻尼器高度非线性的力学特性,提出一种改进的双曲正切模型,并采用修正的自适应遗传算法对模型进行参数辨识。通过仿真数据和试验数据之间的误差分析,得出结论:与其它两种现有模型相比,改进的双曲正切模型能够更精准地模拟阻尼器的出力特性;将模型参数与电机位置之间的关系用多项式整合后,模型在不同工况下仍能保持一定的精度,表明此模型可用于半主动控制。     

车辆半主动悬架阻尼多模式切换控制研究

为提高车辆行驶平顺性,提出了一种基于阻尼多模式切换减振器的车辆半主动悬架及其控制方法。相较于传统阻尼可调减振器,该新型减振器通过控制两个高速开关电磁阀的通断状态即可实现四种不同的阻尼工作模式,从而使得车辆半主动悬架的阻尼控制更加高效和节能。分析了阻尼多模式切换减振器的基本原理,建立了减振器阻尼特性数学模型。结合车辆悬架系统的阻尼比范围,确定了减振器关键部件参数,并通过仿真获取了四种阻尼工作模式下的减振器复原阻尼系数和压缩阻尼系数。在此基础上,进一步建立了车辆半主动悬架数学模型,采用模糊控制逻辑设计了悬架阻尼多模式切换控制策略。仿真结果表明,相较于传统被动悬架和基于天棚控制的半主动悬架,基于阻尼多模式切换减振器的车辆半主动悬架可以进一步改善车辆行驶平顺性。     

一种新型电涡流阻尼器及阻尼性能研究

基于电涡流原理提出一种新型的可用于航天器振动被动抑制的电涡流阻尼器。首先,依托数值仿真建立阻尼器的磁场和力学有限元分析模型,对阻尼器的性能进行分析计算。其次,在振动测试实验台上进行阻尼特性测试,获得了小位移0.1 mm、大位移1 mm下的1 Hz～50 Hz频率范围内正弦激励作用工况下的阻尼系数。然后根据Bouc-Wen滞回模型建立了阻尼器的力学模型,研究了负载、阻尼器结构、交变洛仑兹力之间的关系。研究结果表明这种新型的电涡流阻尼器在外载激励作用下能够输出与仿真结果较为接近的阻尼力,且阻尼系数随激励频率变化具有明显的规律性,根据仿真和实验结果建立的阻尼力力学模型可以很好地用于电涡流阻尼器的力学特性仿真分析。     

基于建筑需求的新型黏滞阻尼器开敞式布置机构研究

黏滞阻尼器耗能减震结构的减震效果与阻尼器在结构中的安装方式密切相关,已有黏滞阻尼器布置机构主要考虑结构减震需求和安装连接简单方便,而未考虑建筑需求。针对现有黏滞阻尼器布置机构占用结构框格内空间、阻碍视野的不足,提出了一种新型黏滞阻尼器开敞式布置机构。介绍了开敞式布置机构的构造与工作原理,并对机构的力学性能进行理论分析,推导了位移放大系数和等效阻尼比计算公式。设计并制作了一个设置黏滞阻尼器开敞式布置机构的钢框架试件,给试件施加正弦位移激励,分析了开敞式布置机构在动力作用下的受力性能,以及在不同位移幅值、频率工况下,框架侧移与阻尼器两端相对位移之间的关系,验证了该文提出的位移放大系数计算公式的准确性。采用SAP2000对比分析了一个无控钢框架结构,以及设置阻尼器对角布置机构和开敞式布置机构后的减震性能,验证了该新型布置机构在实际工程中应用的可行性。     

双筒式液压减振器阻尼力建模与灵敏度分析

为提高减振器阻尼力输出的准确性及减振器性能可靠性,定量分析双筒式液压减振器尺寸参数及其公差、油液黏度等对阻尼力的影响。根据阻尼力的产生机理,建立了减振器复原行程中复原阀开启前、后的阻尼力模型和压缩行程中压缩阀开启前、后的阻尼力模型,利用MATLAB仿真得到了其示功图和速度特性图,并通过台架性能试验进行了验证。考虑到阻尼力模型的复杂性,采用ANSYS中的Design Exploration模块,利用响应面法得到了减振器各个参数的灵敏度,并针对油液黏度、阀系开启高度等影响较大的参数,考虑其随机性,利用蒙特卡洛抽样方法得到了减振器阻尼力的分布,从而为双筒式液压减振器的设计提供了依据,为进一步研究减振器的阻尼力退化及寿命评估奠定了基础。