附加不同形式调谐质量惯容系统的高耸烟囱轻量化减震控制

附加调谐质量阻尼器是烟囱结构的一种传统减震控制方法,然而其通常需要较大的附加质量及额外的安装空间,这为施工安装带来不便。本文提出附加调谐质量惯容系统（TMIS）控制高耸烟囱的地震响应,以利用惯容元件的表观质量效果实现轻量化减震目标。同时,考虑烟囱高阶模态对其地震响应不容忽视的影响,提出沿烟囱高度布置的分布式TMIS以实现多模态控制效果。建立了基于两种不同惯容子系统的TMIS力学模型及相应的附加分布式TMIS烟囱运动方程。以金井清谱为随机地震激励输入,并基于改进的定点理论提出了分布式TMIS的部分设计参数简化假设,提出了基于需求的分布式TMIS烟囱结构多模态优化设计方法。通过实例验证了所建议设计方法的有效性,并对比检验了分布式TMIS的轻量化及多模态控制效果,通过参数分析检验了所采用的改进定点理论简化的合理性。结果表明：所建议的设计方法可以按照预定目标发挥两种分布式TMIS的减震性能,两种分布式TMIS均显示了明显的轻量化减震效果。     

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。     

惯容减震(振)系统及其研究进展

惯容是一种两端点加速度相关型新型结构控制元件。惯容减震（振）系统是包含惯容元件的结构振动控制系统。该文整理并总结了国内外学者在惯容及惯容减震（振）系统方面取得的大量研究成果,从惯容的实现机理、惯容减震（振）系统性能、惯容减震（振）结构体系的分析设计三个方面介绍、论述惯容的原理及其在减震（振）控制领域的发展历程与研究现状。相比于传统减震（振）系统,惯容减震（振）系统具有如下优势：能够实现惯性的灵活调整和频率的调节、改变结构惯性同时基本不改变结构的物理质量、提高惯容系统中消能器的耗能效率。该文旨在梳理惯容减震（振）系统的发展脉络与现状,为惯容减震（振）系统在结构振动控制中的应用提供理论依据和设计参考,以推进惯容减震（振）系统理论与实践的持续发展。     

双重惯质调谐质量阻尼器的参数优化与振动分析

为研究惯质耦合布置对于调谐质量阻尼器(TMD)减振性能的影响,提出一种新型的被动控制装置,即双重惯质调谐质量阻尼器(DTMDI)。将DTMDI布置在单自由度主结构上,对振动系统分别开展了H_∞优化与H₂优化,得到两种优化方法下最优调谐参数的解析解形式。在参数优化分析的基础上,比较分析了DTMDI与三种已有的被动控制装置(TMD、TMDI和TIMS)的减振效果。研究结果表明,惯质耦合布置不会提升TMD的工作性能;当主结构的阻尼比被忽略时,减振效果从高到低依次为：TMDI>DTMDI>TMD>TIMS。提出的DTMDI具有较好的减振效果。     

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。     

含惯容和杠杆元件的减振系统参数优化及性能分析

为了提高减振性能,设计了两种基于惯容-弹簧-阻尼器结构的含放大机构的减振系统,探讨了模型在受到外部激励时的减振效果。根据牛顿第二定律建立了系统的动力学方程,并得到了其解析解,发现幅频曲线都存在独立于阻尼比的两个固定点。基于H∞和H2优化准则,分别得到了系统的最优参数,并研究了惯容质量比和放大比对模型减振性能的影响。发现在一定范围内,惯容质量比与放大比增大,幅频曲线峰值降低,两共振峰间距拉大,并通过数值仿真验证了解析解的正确性。与其他减振模型在简谐激励和随机激励情况下比较,所设计模型大幅降低了共振振幅,并且拓宽了有效频带,表明其具有更好的减振性能。     

基于惯容负刚度动力吸振器的梁响应最小化

提出了两种新型的被动振动控制结构,即含有惯容器和负刚度的动力吸振器振动控制结构,并抑制梁的横向振动。在只考虑一阶模态函数情况下,使用固定点理论推导出了这两种新型动力吸振器的最优控制参数解析表达式。在此基础上,将两种不同的基于惯容负刚度的新型动力吸振器(模型1和模型2)分别与传统动力吸振器在不同质量比下进行了对比分析,数值结果表明,基于惯容负刚度的动力吸振器比传统动力吸振器对梁的振动控制更有效。对于质量比小的情况,模型2比模型1具有更好的减振效果。但是,质量比或者惯容质量比较大时,会导致模型2的最优负刚度比大于0,此时模型2的最优参数不适用。此外,还简要讨论了质量比和惯性质量比对最优系统参数的影响。     

单自由度混联Ⅱ型惯容减震体系的 随机地震响应与参数设计

为了解混联Ⅱ型惯容减震系统(SPIS-Ⅱ)的减震机理,该文对设置SPIS-Ⅱ的单自由度体系进行了随机地震响应变化规律的研究并提出了参数优化设计的方法。首先在体系运动微分方程的基础上,基于随机振动的理论和方法推导了SPIS-Ⅱ单自由度体系在地震作用下频域响应传递函数及随机响应均方根的表达式。接着以金井清谱为随机地震输入模型,基于随机响应表达式研究了地震动参数和SPIS-Ⅱ关键参数对单自由度体系响应变化规律的影响。然后在参数研究的基础上,提出了SPIS-Ⅱ单自由度体系在地震作用下的实用优化设计方法,该方法以性能需求为设计目标,可同时考虑响应与成本的控制以及输入地震动的频谱特征。最后根据所提出方法编制程序进行了一系列实例设计,并进行了动力时程分析验证,设计及分析的结果均证实了该文提出方法的有效性。     

多重调谐质量阻尼器控制单层非对称结构扭转振动的设计参数

研究了用两组相同的MTMD控制单层非对称结构扭转振动的最优设计参数。MTMD具有相同的刚度和 阻尼系数但不同的质量。MTMD被布置在最优位置。MTMD最优参数的设计准则定义为:结构最大扭转角位移动力放 大系数的最小值的最小化。MTMD的有效性设计准则定义为:结构最大扭转角位移动力放大系数的最小值的最小化与 无MTMD时结构最大扭转角位移动力放大系数的比值。基于定义的设计准则,研究了非对称结构的标准化偏心系数 (NER)和扭转对侧向频率比(TTFR)对处于最优位置MTMD最优设计参数和有效性的影响。     

基于渐近小波分析的随机激励下结构系统识别研究

提出了基于相关函数预估计和渐近小波分析的结构系统识别方法,此方法可以从结构随机环境振动响应中识别出结构的模态参数和物理参数。证明了在广谱白噪声环境激励下,结构随机振动相关响应的Morlet小波系数图的脊线值包含了解耦的结构模态信息,可用于结构的模态参数识别。如果知道随机激励的功率谱强度,还可以识别结构的质量、刚度和阻尼矩阵等物理参数。三层框架结构数值算例的结果表明上述方法可以准确地从结构随机振动响应信号中识别出结构参数。苏通大桥北索塔环境振动测试试验研究的结果表明此方法对于工程结构环境激振下的结构模态识别具有很好的效果。     

新型建筑调谐质量阻尼器的实验研究

本文基于ＴｕｎｅｄＭａｓｓＤａｍＰｅｒ（简称ＴＭＤ）的原理,通过振动台模型试验,进行了悬浮顶层减震结构系统的研究。这种结构由主结构与悬浮顶层组成,采用叠层橡胶支座作为二者之间的连接装置,它与顶层楼体共同形成一个大型的ＴＭＤ系统。试验表明：这种新型的减震结构系统在不同地震波的作用下,主结构顶层的加速度响应减少了１／４以上。由于这种结构系统施工工艺相对简捷,因此具有良好的经济性与实用价值,值得在工程上应用与推广。     

基于系统参数组合多重调谐质量阻尼器减震模型冲程的评价

多重调谐质量阻尼器（MTMD）是由多个固有频率成线性分布的调谐质量阻尼器（TMD）组成。可能的MTMD系统参数组合形成5种MTMD即MTMD-1-MTMD-5。基于建立的MTMD-1-MTMD-5结构系统传递函数和动力放大系数（DMF），定义了求解MTMD-1-MTMD-5最优参数的优化准则。利用求得的MTMD-1-MTMD-5最优频率间隔、阻尼比和调谐频率比，评价了MTMD-1-MTMD-5的冲程情况。     

MTMD系统抗震控制研究

MTMD利用一组频率分布在结构被控模态频率周围的单TMD控制结构的振动,它可以克服单TMD控制效果不稳定,适用激励频带过窄的缺点。研究了多自由度结构附加MTMD后的频率响应特性,计算了不同频谱特性的地震激励下MTMD系统的时程响应。通过计算和分析表明,MTMD系统可以增大单TMD抗震控制的适用范围,增强控制效果的鲁棒性;MTMD系统的设计需考虑结构所处的建筑场地条件,并应根据结构的具体情况优化选择MTMD系统的参数。     

基于任意整数的多重调谐质量阻尼器

由于中心自振频率的设置,至今研究的多重调谐质量阻尼器器(MTMD)都是由奇数个调谐质量阻尼器 (TMD)所组成。放弃中心自振频率的设置,提出了基于任意整数的多重调谐质量阻尼器。多重调谐质量阻尼器可由任意奇数个或偶数个调谐质量阻尼器组成。使用建立的结构MTMD系统传递函数,定义了结构和MTMD的动力放大系数(DMF)。MTMD最优参数和有效性的评价准则于是可定义为结构最大动力放大系数的最小值的最小化(MIN．MIN． MAX．DMF)。而MTMD冲程的评价准则定义为MTMD中每个TMD最大动力放大系数的最大值。根据定义的评价准则,评价了基于任意整数MTMD的控制性能(包括MTMD的冲程评价)。     

基于镜像激励的结构动力学系统的设计点激励

在随机振动及结构可靠性研究中,动力学系统的设计点激励有着不可替代的作用,但非线性动力学系统设计点激励的计算方法仍是当今研究者的焦点之一。该文利用振子自由振动响应的镜像激励,给出了高斯白噪声激励下非线性系统的设计点激励,并将其应用到首穿失效概率估计问题中,与原始的蒙特卡罗模拟相比较,两者体现了高度的一致性。为进一步说明该文方法的正确性,针对线性系统,利用解析方法获得设计点激励的准确值,利用镜像方法所得近似值,将其均应用到首穿失效概率的计算中,数值例子显示,两种方法所得设计点激励稍有不同,但在计算首穿失效概率时,展现出同样的有效性。     

环境激励下基于奇异谱互熵的结构损伤诊断方法

环境激励下的结构响应是一个随机过程,结构发生破损时其响应将随之变化,因而可将描述随机过程特性的参数作为评判结构状况的指标。熵是测量随机过程不确定性的一个比较方便的方法,能够用于高斯及非高斯分布的情况。在相空间重构与奇异值分解的基础上建立了奇异谱互熵的概念,提出了一种环境激励下用奇异谱互熵诊断结构损伤的方法。以ASCE学会提出的基准结构为对象进行研究,利用NExT技术获得响应,采用伪邻近法确定相空间的嵌入维数,讨论了不同工况及噪声对诊断结果的影响,分析结果验证了该方法的有效性和鲁棒性。     

具有调谐质量阻尼器(TMD)的干摩擦隔振系统的研究

本文基于增量谐波平衡（IHB）法研究了顶部装有TMD的干摩擦隔振系统及TMD对隔振性能的影响，进而在干摩擦隔振系统中引入了主动控制的概念，分析了主动控制对隔振系统性能的影响，为干摩擦隔振系统在工程上的应用提供了理论依据。     

基于脉冲激励下钢轨振动响应的扣件失效识别方法

针对高速铁路无砟轨道扣件失效的检测问题,提出了脉冲激励下钢轨振动响应的扣件失效识别算法.利用实验室1:1实尺模型,通过人工移除扣件弹条的方式模拟扣件失效,分别测试得到脉冲激励下钢轨在扣件良好及失效状态下的时域振动响应,利用快速傅里叶变换及倍频程分析得到钢轨的振动加速度级.将扣件良好及失效状态下钢轨振动加速度振级差值和特...