基于性能需求的基础隔震结构附加调谐惯容阻尼器的优化设计研究

为了克服调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper,TMD)质量过大的缺陷,用惯容器(Inerter)代替TMD中的质量块,形成调谐惯容阻尼器(Tuned Inerter Damper,TID).将TID附加在基础隔震结构的隔震层,对TID进行优化设计研究.以两自由度基础隔震结构体系的简化模型为研究对象,以白噪声激励下的振动响应为指标对TID进行参数研究,确定了一种以隔震层水平位移控制为约束、以最小上部结构绝对加速度为优化目标的优化问题,在两种控制准则下对TID进行优化设计,与仅附加线性粘滞阻尼器(Linear Viscous Damper,LVD)的基础隔震结构进行比较,最终发现TID对基础隔震结构的性能控制有着良好的效果,能同时降低隔震层水平位移和上部结构绝对加速度,并且效果优于LVD.     

周期性冲击载荷作用下井字梁楼盖竖向振动的控制

针对周期性冲击载荷作用下井字梁楼盖异常振动问题,对某工业厂房井字梁楼盖进行现场动力特性测试,采用Abaqus软件建立局部楼盖有限元模型,研究周期性冲击载荷作用下井字梁楼盖的动力特性,并提出设置调谐质量阻尼器(tuned mass damper,TMD)、增设隔振支座等2种减振方案.结果 表明:4种不同TMD布置方式的减振效果不同,在设备4个支座处布置TMD的减振效果最佳;增设隔振支座后,采用有限元法得到各测点减振率为83.91％ ～88.80％.2种方案均能有效降低楼盖的竖向振动,可为结构振动控制提供参考.     

简谐载荷作用下井字梁楼盖竖向振动控制

为研究某工业厂房井字梁楼盖在简谐载荷作用下的异常振动问题,根据现场动力特性测试结果,采用有限元软件Abaqus建立井字梁楼盖局部板-柱模型,通过增设调谐质量阻尼器(tuned mass damper,TMD)和布置隔振器对井字梁楼盖的竖向振动研究进行控制.结果 表明:增设TMD和布置隔振器均可以使楼盖竖向振动峰值加速度...     

基于负刚度惯容型非线性能量汇的整星振动抑制

本文将负刚度元件集成到惯容型非线性能量汇中构成负刚度惯容型非线性能量汇,并将此装置应用到整星结构,讨论其减振效果.基于最大幅值减振百分比展示了负刚度惯容型非线性能量汇的减振性能,并通过对比讨论了负刚度元件对惯容型非线性能量汇减振性能的影响.最后讨论了负刚度惯容型非线性能量汇的参数影响及其优化.研究结果表明,作用于整星系统中的新型负刚度惯容型非线性能量汇具有很好的减振性能.     

基于磁粉离合的变惯质阻尼器理论及试验研究

针对超长斜拉索振动主模态区间多变的特点,磁粉离合惯质阻尼器作为半主动变惯质阻尼器对比被动惯质阻尼器更具优势.根据已有研究发现,仅向磁粉离合惯质阻尼器输入直流电并不能实现阻尼器惯质系数恒值可调的功能,本文通过输入简谐电流的方法实现该功能.首先,介绍了磁粉离合惯质阻尼器基本原理及其力学特性,从磁粉离合器双轴相对运动状态来分析磁粉离合器在不同电流工况下的力学性质,进而研究实现阻尼器变惯质功能的输入电流控制算法.然后,综合阻尼器基本构造建立了其力学模型,从而得出阻尼器在稳态激励条件下的等效惯质系数表达式,阐明了阻尼器在输入控制电流下的等效惯质系数与控制电流幅值呈二次线性关系.最后,通过实验对阻尼器惯质系数的可调性进行了验证.     

基于调谐转动惯量阻尼器的结构摆振控制方法(I):参数影响分析与小型比例模型试验

由于常用的调谐质量阻尼器(tuned mass damper,TMD)对悬吊结构转动和摆振运动控制无效,本文结合数值模拟和模型试验对前期研究提出的新型调谐转动惯量阻尼器(tuned rotary inertia damper,TRID)控制系统应用的可行性进行深入研究.在建立了TRID系统与悬吊结构相互作用力学分析模型以后,通过数值模拟分析比较了控制系统参数对控制效果的影响;基于Simulink系统进行非线性运动微分方程数值求解和ADAMS(automatic dynamic analysis of mechanical systems)机构动力学运动仿真分析,研究了TRID系统控制结构摆振运动的最优参数,如转动惯量比、调频比、阻尼比等;通过小型比例模型系统试验验证了TRID系统控制结构摆振的可行性和有效性.     

基于非线性能量阱的深海柔性张力腿的振动抑制

本文研究了基于非线性能量阱的深海柔性张力腿的振动抑制问题.考虑端部参数激励和非线性能量阱(NES)作用下的张力腿力学模型,采用哈密顿变分原理推导出非线性振动控制的运动微分方程,利用伽辽金法进行离散化.通过参数分析和数值仿真计算,得到柔性张力腿的横向位移模态振动响应,同时还对比分析了NES与调谐质量阻尼器的减振性能.结果表明,相同情况下NES具有更为显著的减振效果,并且可以通过调整NES吸振器的参数,达到最优振动控制效果.     

含摩擦阻尼器非光滑振动系统的建模与数值仿真

研究了含干摩擦粘/弹性构件的两类非光滑减振器的动力学问题.首先,建立了含摩擦粘性构件和含摩擦弹性构件的力学模型,其中摩擦模型采用Coulomb干摩擦模型,不计弹性构件和粘性构件的质量,给出了该构件粘性力和弹性力的计算方法,通过控制摩擦阻尼器的正压力调整混合阻尼器的粘性力的最大值和弹簧力的最大值.分别建立了含摩擦粘/弹性阻尼器的单自由度和二自由度振动系统的动力学方程,通过数值仿真,首先分析了动、静摩擦系数对含摩擦粘/弹性构件单自由度振动系统动力学特性的影响,然后分析了含摩擦粘/弹性构件二自由度振动系统的动力学特性,仿真结果表明,通过控制摩擦阻尼器受到的的正压力获得更好的减振效果.     

随机风速场的数值模拟及高层建筑风振控制

根据Davenport脉动风速谱, 采用AR模型(auto-regressive)法, 考虑竖向相关性、平稳的多变量随机过程以及它的互谱密度矩阵, 模拟生成具有随机性的脉动风速时程曲线和风速谱的功率谱密度. AR法模拟风速的功率谱密度函数与Davenport目标谱的比较表明AR法具有很高的精度和效率. 采用了建筑结构振动控制第2代标准规定的76层306m高钢筋混凝土结构的风振控制模型, 研究了风荷载作用下高层建筑动力响应的控制方法, 给出了模拟脉动风荷载作用下, 被动调谐质量阻尼器(TMD, tuned mass damper)控制和主动线性二次型Gauss(LQG, linear quadratic Gaussian)控制的控制结果.     

新型低刚度减振轨道特性研究

为减小轨道交通对沿线的振动影响,提高轨道结构的减振性能,提出新型低刚度减振轨道设计方案.新型低刚度减振轨道与现有的减振轨道相比,具有更小的垂向刚度,从而降低轨道结构固有频率,提高减振性能.新型低刚度减振轨道的低刚度是由新型隔振器提供的,隔振器的弹性元件由金属橡胶元件和碟形弹簧元件构成,利用正负刚度并联的原理减小工作区间的刚度.通过ANSYS有限元软件对轨道结构和隔振器力学特性进行仿真分析,得到了不同轨道结构的结构特性和不同工况下隔振器的工作范围.结果表明,梯形轨枕结构具有较好的平均载荷的能力,证明设计的隔振器工作区间基本合理.可为低刚度减振轨道的进一步研究提供了科学依据.     

Vibration suppression for mass‐spring‐damper systems with a tuned mass damper using interconnection and damping assignment passivity‐based control

This paper considers a vibration suppression control method using feedback for a mass‐spring‐damper system with a tuned mass damper. For vibration suppression, we adopt the interconnection and damping assignment passivity‐based control, whereby the system is transformed to a system with a skyhook damper with an artificial structure matrix. The feedback law includes no accelerometer signal and uses only information on relative displacements and velocities. The proposed control method can simultaneously suppress the influences of the floor vibration and the disturbance force acting on the main body. A guideline for choosing parameters of the desired system is shown. The proposed method can be easily extended to nonlinear cases, which is demonstrated for a nonlinear‐spring case. We also show the input‐to‐state stability property of closed‐loop systems for linear cases and nonlinear cases. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

Efficient predictive vibration control of a building‐like structure

This paper presents the design of a model predictive controller (MPC) based on Laguerre functions for vibration control. The controller is tested in a building‐like structure consisting on a three‐story building with a passive vibration absorber. The structure is connected to an electromagnetic shaker, which excites the support of the superstructure, providing forces with a wide range of excitation frequencies, including some resonance frequencies of the structure. The overall controller is a hybrid vibration absorber conformed of (i) an active absorber, that is a predictive vibration control scheme, synthesised to actively attenuate the vibratory system response via (ii) a passive absorber, known as a tuned mass damper (TMD), located over the third story building to reduce the vibrations caused by harmonic forces acting on the base of the structure. The proposed predictive control strategy proves to be effective and efficient, improving system's performance with guaranteed stability and feasibility. Experimental and numerical results are included to illustrate the overall system performance.     

New control strategies for active tuned mass damper systems

A different structural control approach is developed in this paper. Instead of solving the Riccati equation, new active control strategies are proposed from a response parameter analysis for the design of active tuned mass damper (ATMD) systems. A simplified method for ATMD design is presented based on the proposed strategies. As a main feature, the equivalent damping induced by an ATMD can be determined by the simplified method. In order to examine the performance of the proposed formulas and the active control strategies, numerical simulations are carried out for some examples. The numerical results show that the present strategies result in a better reduction on acceleration response than the linear quadratic regulator (LQR) method. It is also shown through numerical examples that the results determined from the simplified design method are close to those obtained from the present strategies and the LQR method.     

用于结构减震控制的拉索式惯容系统跨层布置优化研究

本文提出了一种拉索式惯容系统的跨层布置方法用于结构减震控制.将地震激励模拟为金井清谱随机激励，构建统一的状态空间方程，进行线性系统直接随机分析，获得系统响应统计量.利用布置效率确定惯容系统布置位置，考虑惯容系统整体出力影响惯容系统自身造价及结构柱额外受力，将惯容系统出力状况作为经济指标.考虑结构位移响应及加速度响应与结构性能的相关性，将结构的位移响应及加速度响应作为减震效果指标.利用设计参数的多目标优化，获取惯容系统最优参数的帕累托前沿，指导设计并比较不同布置方法.最后，利用一个10层的基准结构进行减震效果分析，验证跨层布置的惯容系统优于一般层间惯容系统.     

鲁棒辨识研究的现状

综述了鲁棒辨识问题的研究进展，介绍 了鲁棒辨识问题产生的背景，对各种不同的辨识方法进行了评述，并指出各自的特点，最后总结了今后的发展方向。     

A Simplified Optimization Strategy for Nonlinear Tuned Mass Damper in Structural Vibration Control

In this paper, a simplified optimization strategy for the nonlinear tuned mass damper (TMD) is presented, and the optimal parameter setting can be simply determined, by which the nonlinear TMD is effective over a wide frequency range. In the given numerical model, the nonlinear TMD is attached to the structure, which is represented by a single‐degree‐of‐freedom system, and the environmental load is assumed to be the Gaussian white noise process. Governing differential equations of motion of the coupled structure‐TMD system are derived, and the equivalent linearization method is introduced in the numerical calculation. The standard deviation of the structural displacement is adopted as the optimized objective function. Furthermore, it is pointed out that the response of the system can be controlled in a case of multiple probable steady‐state processes caused by the nonlinearity of the stiffness element. Different from the linear TMD, the performance of the nonlinear TMD may be influenced by the excitation. Thus, the performance sensitivity of optimal nonlinear TMD is investigated with different excitation intensities and structural damping ratios. The results show that the sensitivity may limit the engineering applications of nonlinear TMD.     

结构主动控制系统的鲁棒策略

针对目前大多数结构主动控制算法没有考虑结构不确定因素的特点,本文以主动质量阻尼器(AMD:activemass damper)Benchmark结构试验系统为研究对象,提出适合于工程应用的、基于H∞控制理论的主动控制方法.文中建立了主动控制结构的试验系统,根据系统辨识方法得到的面向控制的数学模型,设计YAMD主动控制系统的反馈连接结构,同时对H∞控制权函数的选取以及控制器的设计方法进行了详细的阐述;最后通过试验证明了H∞控制器的有效性和鲁棒性.