多重调谐冲击阻尼器的多目标优化设计研究EI北大核心CSCD

为开发减震性能良好的新型阻尼器,将颗粒阻尼器与多重调谐质量阻尼器(multiple tuned mass dampers,MTMD)相结合,提出一种新型的多重调谐冲击阻尼器(multiple tuned impact dampers,MTID),并对其减震性能进行了优化和对比研究。首先,提出MTID应用于实际工程结构时基于性能的多目标优化设计方法及流程;然后,基于一个20层Benchmark结构,进一步分析了传统设计和优化设计MTID的振动控制性能;最后,对比研究了MTID和MTMD的最优减震性能及工作行程。研究表明,MTID需要一定的启动时间以高效发挥减震性能,待其启动后,可显著减小主体结构的动力响应;优化设计的MTID相比于传统设计具有更优异的减震性能,进而可显著减小主体结构在大震作用下的塑性变形和非线性损伤;MTID和MTMD的最优减震性能较为接近,但MTID的工作行程更小。     

基于刚度连接双层调谐质量阻尼器的性能

提出了基于刚度连接的双层调谐质量阻尼器(SDTMD)装置。SDTMD是在双层调谐质量阻尼器(DTMD)的基础上,在主体结构与小质量块之间设置一个附加弹簧而构成。经定义SDTMD最优参数的评价准则,在频域内研究了质量比对SDTMD控制结构位移响应时最优参数和有效性以及冲程的影响;并与TMD、DTMD和基于阻尼连接双层调谐质量阻尼器(DDTMD)装置进行了比较。数值结果表明,SDTMD的控制有效性明显高于TMD、DTMD和DDTMD。     

基于刚度-阻尼器主动多重调谐质量阻尼器模型的性能评价

提出了基于刚度一阻尼器主动多重调谐质量阻尼器(SD—AMTMD)新模型。利用导出的设置SD—AMTMD结构的传递函数，建立了设置SD—AMTMD结构的动力放大系数。于是SD—AMTMD最优参数和有效性的评价准则定义为：设置SD—AMTMD结构最大动力放大系数中最小值的最小化。SD—AMTMD冲程的评价准则定义为：SD—AMTMD的最大动力放大系数。基于定义的评价准则，研究了刚度比对SD—AMTMD最优参数、有效性和冲程的影响。为比较，同时考虑了AMTMD(即零刚度比的SD—AMTMD)的数值结果。     

基于可控冲程主被动调谐质量阻尼器的性能

提出了基于可控冲程的主被动调谐质量阻尼器(简称为CS-APTMD)。CS-APTMD是在主被动调谐质量阻尼器(APTMD)的基础上,在主体结构与小质量块之间设置一个附加粘滞阻尼装置而构成;经定义CS-APTMD的最优参数评价准则,在频域内,数值研究了在控制结构位移响应时质量比对CS-APTMD最优参数和有效性以及冲程的影响;并与APTMD的结果进行了比较。数值分析表明,CS-APTMD的控制性能显著地优于APTMD。     

调谐双质阻尼器减振性能分析

由调谐质量阻尼器与惯质器组合形成的调谐双质阻尼器是一种新型减振装置。将惯质器简化为惯性质量和黏性阻尼器,建立单自由度结构-调谐双质阻尼器运动方程,研究调谐双质阻尼器的优化参数,分析自由振动和简谐激励下调谐双质阻尼器的减振效果。研究表明,调谐双质阻尼器具有比传统调谐质量阻尼器更好的减振效果。     

虚拟调谐阻尼器

根据调谐质量阻尼器的基本原理引进了虚拟调谐阻尼器概念,并介绍了虚拟调谐阻尼器的几个基本问题,包括：虚实对应关系,虚拟调谐阻尼器的参数设计方法,非纯模态测量的影响,模态溢出,位置优化,同时使用多个虚拟调谐阻尼器问题。使用虚拟调谐阻尼器概念不仅可以方便的借助控制技术的设计工具,并可以设计多个虚拟调谐阻尼器,实现对宽带振动的控制。     

弹簧摆碰撞调谐质量阻尼器减震性能优化研究

为了提高弹簧摆碰撞调谐质量阻尼器(spring pendulum pounding tuned mass damper, SPPTMD)的减震性能,采用粒子群算法(particle swarm optimization, PSO)对其关键参数进行了优化。推导了SPPTMD减震系统的运动方程,同时建立了系统的仿真分析模型。选取阻尼器频率比、内共振系数和碰撞间隙为优化变量,以结构峰值响应最小为优化目标,编制了SPPTMD优化程序。对比了优化前后SPPTMD在不同场地上12条地震动作用下的减震效果。研究结果表明：SPPTMD的最优参数与场地类别相关;优化后阻尼器的减震性能有明显提高,其中,Ⅳ类场地优化效果最好。     

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)。     

多重滚动碰撞式调谐质量阻尼器及其减振性能研究

在以往滚动碰撞式调谐质量阻尼器（PTRMD）的研究基础上,提出了一种能分散布设在空腔楼板预制腔体内的多重滚动碰撞式调谐质量阻尼装置（MPTRMD）。该方式隐藏了控制装置,不额外占用建筑的使用空间,不影响结构的布置和使用功能,且布置灵活,可根据优化情况在结构平面和高度方向上按需设置。同时,该装置将振子质量分散到多个阻尼器,使其在不影响减振性能的情况下做到控制装置小型化,从而对有大附加质量需求的质量阻尼器在技术上提供了可能。推导了设有该装置的受控系统动力学方程,并对其减振性能进行了研究。结果表明,所提多重滚动碰撞式调谐质量阻尼装置在不同布置方式下均能有效减小结构的动力响应,具有很强的耗能能力。对于阻尼器拆分数量的分析表明,将PTRMD的振子拆分后,在开始个数不多时阻尼器的控制效果快速提升,但随着数量进一步增多,达到一定程度后,其提升能力趋缓并出现下降趋势,存有一个最优区间。     

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。     

新建筑调谐质量阻尼器的实验研究

本文基于ＴｕｎｅｄＭａｓｓＤａｍｐｅｒ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。     

单面碰撞调谐质量阻尼器减振性能分析与试验

碰撞式调谐质量阻尼器是一种通过碰撞消耗结构振动能量的新型减振装置,以设计悬臂式单面碰撞调谐质量阻尼器为目标,通过试验确定碰撞力模型参数;建立单自由度结构-碰撞调谐质量阻尼器系统运动方程,分析频率比对减振效果的影响;设计可改变固有频率的试验模型,开展减振试验。分析和试验结果表明,碰撞调谐质量阻尼器在优化频率比条件下具有良好的减振效果,当频率比偏离时,减振效果降低,但仍具有较好的减振效果,说明该阻尼器具有较好的控制鲁棒性。     

结构主动多重调谐质量阻尼器风致振动控制的最优性能研究

基于我国现行的风荷载规范,建立了在风荷载作用下结构-主动多重调谐质量阻尼器(AMTMD)系统的动力方程.定义AMTMD最优参数准则为:结构-AMTMD系统的位移或加速度响应方差的最小化.AMTMD有效性的评价准则为:设置AMTMD结构的最小化位移或加速度响应方差与未设置AMTMD结构的位移或加速度响应方差之比(分别称为位移和加速度减振系数).根据上述准则,在频域内数值研究了结构自振频率、标准化加速度反馈增益系数、质量比对AMTMD系统的最优参数(包括最优频率比,阻尼比和频率间隔)、有效性和冲程的影响.为了比较,论文同时也考虑了结构多重调谐质量阻尼器(MTMD)风致振动控制的情况.     

结构双层多重调谐质量阻尼器减震策略的性能评价

评价了双层多重调谐质量阻尼器（DMTMD）控制策略的性能。DMTMD系统参数的可能组合可形成五种DMTMD模型，本文评价其中最易制作的一种DMTMD模型。利用定义的优化目标函数，评价了DMTMD的控制性能。数值结果表明DMTMD比基于任意整数或基于奇数的多重调谐质量阻尼器（AI-MTMD和ON-MTMD）具有更好的有效性和鲁棒性。但DMTMD中小质量块的冲程大于AI-MTMD和ON-MTMD的冲程。     

基于弹性基础的多级并联调谐质量阻尼器设计

基于结构弹性基础假设,建立多级并联调谐质量阻尼器数学模型,获取弹性基础阻抗特性,推导主系统振幅无量纲表达式。研究发现地基弹性振动对主系统的影响不可忽略,结合多级并联调谐质量阻尼器对振动衰减的优势,提出对考虑弹性地基的多级并联系统进行优化设计的必要性。分析梁的连接位置距端部长度u对主系统影响规律:u值越小,梁的弹性振动对主系统的影响程度就越小;当u≤1 m,梁第1阶固有频率与主系统第1阶固有频率不发生耦合振动,中间位置(u=2 m时)影响最大。并对此情况下2级并联和4级并联系统参数进行优化设计,优化结果表明:不考虑弹性地基的多级并联系统优化结果对于弹性地基下多级并联系统不再适用,考虑梁的弹性结合数值优化法对多级并联系统进行优化能很好削弱梁的弹性振动对主系统的影响。最后研究连接点动刚度对主系统的影响:当连接点动刚度K≥40kd时,梁第1阶固有频率对主系统前三阶固有频率影响较小;当K≥70 kd时,可忽略弹性梁对调谐质量阻尼器设计的影响。     

基础激励下双层无穷橡胶调谐质量阻尼器性能和参数研究

提出了一种研究基础激励下橡胶阻尼DMTMD(Dual 1ayer Multipe Tuned Mass Dampers)[1,2]参数和性能的新方法,即双层无穷调谐质量阻尼器(the Dual layer lnfinite Multiple Tuned Mass Dampers, i.e.DIMTMD)方法.首先,通过求取DMTMD在并联TMD个数趋于无穷多时的极限得到DIMTMD传递函数.然后,针对基础激励下滞回阻尼结构的振动控制,对DIMTMD传递函数用H∞方法进行了优化,并与含有不等数目TMD的DMTMD进行了比较.结论显示,DIMTMD可以用于求解DMTMD包含的并联TMD个数较多时的极限(或最好)性能和参数,避免丁过去只能通过大量的数据观测来猜测的做法.而且,DIMTMD具有更快的迭代速度,采用DIMTMD寻找最优参数时间短,而且所得结果完全适用于并联TMD多于10个的DMTMD.     

新型装配墙式质量调谐阻尼器抗震性能研究EI北大核心CSCD

调谐质量阻尼器(tuner mass damper,TMD)是现阶段公认有效的结构振动控制设施,但传统TMD存在占用建筑大量使用空间、增加建造成本、构配件不可更换的问题。该研究设计了一种装配墙式调谐器阻尼器(wall-tuned mass damper,WTMD),该墙体可充分利用传统墙体质量,节约使用空间,装配式的构造可实现TMD参数的调节和配件的及时更换。为了使减震TMD墙具有更好的减震性能,建立了TMD结构耦合运动方程,分析得到其理论参数最优值,并通过对比无控结构和墙式TMD结构的传递函数,对理论减震性能进行验证,最后进行振动台试验进一步验证其减震效果。结果表明,装有新型装配墙式减震TMD的受控结构,自振频率较无控结构有所降低,延长了结构振动周期。减震TMD墙体具有较好的减震作用,且随着加速度峰值增加,减震效果越发明显。     

一种新型调谐质量阻尼器的试验研究

用填充颗粒群的盒子代替调谐质量阻尼器的质量块,形成一种新型调谐质量阻尼器。通过对比单自由度排架不附加、附加该新型调谐质量阻尼器的自由振动,白噪声激励以及实际地震输入下的振动台试验,考察了该新型阻尼器对结构的减振控制效果。试验研究表明:颗粒的填充率对振动衰减影响明显,表现出双峰值的曲线特征;颗粒质量对衰减率的影响不明显,实际工程可以采用轻质颗粒材料;输入地震波能量与衰减率呈抛物线形。试验还从振型特性方面表明采用调谐颗粒阻尼器有利于减轻结构振动响应。     

随机激励下带滞变阻尼的调谐质量阻尼器减振性能研究

近年来，阻尼力与位移呈线性关系的新型调谐质量阻尼器(Tuned mass damper, TMD)相继出现，其参数分析优化原理大部分属于动力数值分析缺乏理论参数优化指导。该文对白噪声作用下具有上述特性的TMD，即滞变阻尼调谐质量阻尼器(Hysteretic damping tuned mass damper, HD-TMD)进行减振优化研究。总结了HD-TMD的力学机理并推导出相应的结构-HD-TMD系统运动方程；提出适用于HD-TMD的H₂优化和性能平衡设计，并通过数值拟合技术得到了最优参数公式和基于容忍度的性能平衡设计流程；以真实可用的变摩擦摆式调谐质量阻尼器(VFP-TMD)为HD-TMD的实际算例，检验所提出的优化方法对风振激励的减振性能影响。结果表明：H₂优化和性能平衡设计下的HD-TMD可以提供略优于传统黏滞阻尼TMD的控制效果。H₂优化的最优参数能使HD-TMD发挥最大的潜能从而实现最好的减振率，但面临VFP-TMD行程过大导致的摆动非线性问题。性能平衡设计下的最优参数可以控制VFP-TMD行程在线性范围内...