惯性质量对斜拉索阻尼器减振增效作用试验研究

为提升斜拉索被动黏滞阻尼器的减振效果,开展了阻尼器并联的惯性质量单元对斜拉索减振的增效作用试验研究。首先基于滚珠丝杠位移增效机制、两节点惯质单元"inerter"与电磁阻尼技术集成了惯性质量和阻尼系数均具有可调性的惯性质量电磁阻尼器(EIMD)样机,综合理论分析与力学性能测试建立了EIMD的力学模型;然后建立模型斜拉索-EIMD减振试验平台,通过改变EIMD的惯性飞轮转动惯量和负载电阻阻值,分别测试分析了惯性质量和阻尼参数对斜拉索面内振动前2阶模态附加阻尼比的影响规律;最后对比研究了惯性质量频率相关型负刚度与恒定型负刚度对斜拉索阻尼器的减振增效作用与机理。结果表明:随着阻尼器惯性质量的增加,斜拉索前2阶附加模态阻尼比均先增加后下降,且第2阶模态最优惯性质量小于第1阶模态;斜拉索第1,2阶模态附加阻尼比最大试验值分别达到了线性黏滞阻尼器理论最优值的2.02,4.46倍;当惯性质量无量纲负刚度系数逼近"-1"时,斜拉索减振效果提升效应最为显著;惯性质量频率相关型负刚度与恒定型负刚度均通过负刚度特性放大阻尼器的位移实现耗能增效,但惯性质量负刚度不会诱发斜拉索减振系统稳定性问题。     

管式电涡流阻尼力的精确测量及阻尼器优化设计

采用紫铜管与磁铁制作了管式电涡流阻尼器,并提出了一种电涡流阻尼器阻尼力的精细化测量方法,消除了摩擦力和惯性力的影响,获得了精确的电涡流阻尼力。研究了阻尼力与电涡流阻尼器中磁级厚度、磁级间距、铜管与磁铁的相对速度等参数的关系;研究结果表明:提出的阻尼力测量方法可以准确地获得磁铁与铜管相互作用的阻尼力时程;阻尼器的阻尼系数随磁级厚度、磁级数的增加而增大,随磁级间距的增大表现出先增大、后减小的趋势;电涡流阻尼器近似为理想的黏性阻尼器,并且其阻尼系数与磁级数也近似成正比。通过引入阻尼系数效率值作为评价指标,获得了管式电涡流阻尼器的磁级厚度和磁级间距的最优值,可为电涡流阻尼器的优化设计提供参考。     

新型竖向电涡流-磁力混合阻尼装置试验研究

针对大跨轻质结构的减振需要,研制了一种新型竖向电涡流-磁力混合阻尼器样机.介绍混合阻尼器的减振原理及振动方程;接着介绍了3种不同的磁路设计和制作过程;随后对样机进行试验,测量其动力参数和减振性能.结果 表明:在铜板后方和底板上方安装磁铁均能改变阻尼器的附加刚度;特定磁路设计减少电涡流阻尼系数,增大等效磁力阻尼系数和负刚...     

齿轮齿条式惯质粘滞阻尼器的拉索减振机理研究

针对一种新型的齿轮齿条式惯质粘滞阻尼器,利用归一化的复模态方法,讨论了该新型阻尼器的自身性能参数和耗能性能;建立了考虑垂度的拉索-惯质粘滞阻尼器振动体系,用归一化的方法研究了惯质系数和阻尼系数对拉索模态阻尼比的影响。模型试验与数值计算的分析表明：由负刚度产生的位移放大效应使惯质粘滞阻尼器具有良好的拉索减振效果;在考虑单阶振动时,为达到较高的单阶模态阻尼比,不同阶次所需惯质系数与阻尼系数有所不同;在惯质系数为优化值时,惯质粘滞阻尼器能够同时使得相邻的两阶振动的模态阻尼比达到最大。     

垂度阻尼索的设计及对结构减振的试验研究

高耸结构在地震、强风或其它激励的作用下易发生大幅振动甚至倒塌,由于缺少阻尼器理想的安装位置,目前直接采用阻尼器对结构进行减振的效果并不理想。垂度阻尼索利用高耸结构与地面之间的相对位移,经过放大后驱动阻尼器进行耗能减振,是阻尼器对高耸结构减振的新尝试。为了研究垂度阻尼索对高耸结构的减振性能,首先制作了黏性阻尼系数可调节的电涡流阻尼器,并通过试验结果获得其黏性阻尼系数与磁铁数量的关系;然后采用主索、电涡流阻尼器和复位弹簧制作垂度阻尼索,并对模型结构进行了减振试验。研究结果表明:垂度阻尼索对高耸结构减振的效果随主索垂度减小而增大,随阻尼器黏性系数增大而增大,为结构提供的附加阻尼比可达30%以上,远大于现有减振措施所能提供的附加阻尼比。     

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。     

负刚度非线性黏滞阻尼器对斜拉索振动控制研究

为提升传统被动线性黏滞阻尼器（LVD）对斜拉索的减振效果,本文融合被动负刚度控制技术和非线性黏滞阻尼特征,开展了负刚度非线性黏滞阻尼器（NSNVD）对斜拉索减振增效的研究。基于能量等效线性化方法获得了NSNVD的线性等效力学模型;采用复模态分析获得了斜拉索张紧弦模型的附加模态阻尼比的近似解和迭代解,并分别与考虑或忽略斜拉索垂度和抗弯刚度的数值仿真解进行对比,验证了能量等效线性化方法对NSNVD斜拉索减振系统的适用性;基于考虑斜拉索垂度和抗弯刚度的仿真解分别开展了NSNVD对斜拉索单模态减振效果参数分析和多模态减振效果优化研究,获得了NSNVD负刚度系数和黏滞阻尼指数对斜拉索单模态和多模态减振效果的影响规律。研究结果表明：NSNVD的被动负刚度效应显著提升了斜拉索单模态减振效果,负刚度效应和非线性黏滞阻尼特征均有助于提升斜拉索多模态减振效果;与非线性黏滞阻尼器（NVD）和负刚度线性黏滞阻尼器（NSLVD）相比,NSNVD对斜拉索具有更好的减振效果。     

电涡流单摆式TMD阻尼特性的有限元分析

在高层及超高层建筑的抗风和抗震中,单摆式调谐质量阻尼器(PTMD)有着较为广泛的应用。传统的PTMD采用油阻尼器作为阻尼装置。然而,油阻尼器具有施工不便、耐久性差、阻尼难以调节等缺点,而且这还会给PTMD带来附加刚度,不利于PTMD的频率设计。在前人的研究成果基础上,利用电涡流阻尼代替油阻尼器,提出一种新型的电涡流单摆式TMD(EC-PTMD),并利用大型电磁场有限元分析软件Opera3D对其进行建模分析。对导体板厚度、导磁钢板厚度及其磁导间距进行了参数分析,结果表明:电涡流阻尼的大小随着导体板、导磁钢板厚度的增加基本呈非线性增长;随着磁导间距的增大,电涡流阻尼呈非线性减小。在用二次函数拟合磁导间距与有效电涡流阻尼系数间关系的基础上,提出一种有较强适用性的EC-PTMD的设计方法。     

一种惯质黏滞阻尼器的性能及其对拉索减振效果的试验研究

该研究制作了一台利用齿轮、齿条、惯质元件和黏滞阻尼元件组合的拉索阻尼器样机,并开展了详细的拉索减振试验研究。建立了考虑拉索垂度、内阻尼特性、阻尼器齿轮惯质、转动轴惯质与轴承的阻尼特性等因素影响的拉索-阻尼器振动体系,并利用改进的Galerkin方法进行数值分析。详细讨论了该新型阻尼器的自身性能参数、耗能性能及其针对拉索的减振性能。试验结果与数值计算对比分析表明：惯质黏滞阻尼器具有明显的负刚度,由此产生的位移放大效应对拉索减振效果有显著的正面影响。改进的Galerkin方法能够用于惯质黏滞阻尼器-拉索减振系统的分析中,且该算法不依赖于计算初值的选择;数据计算结果与试验结果吻合较好,验证了该研究计算方法的准确性;该惯质黏滞阻尼器对拉索振动具有良好的减振效果。     

冲击载荷下圆筒型电涡流阻尼器动力特性研究

为研究圆筒型电涡流阻尼器在冲击载荷下的动力特性,建立冲击载荷下电涡流阻尼器动力学模型,利用Maxwell分析软件建立圆筒型电涡流阻尼器在冲击载荷作用下的有限元模型,分析电涡流阻尼器工作时的气隙磁场与涡流分布。研究了制动减速阶段电涡流阻尼力和阻尼系数随速度变化的关系,分析工作气隙、导体筒厚度及磁轭厚度等参数对电涡流阻尼器制动性能的影响。研制了电涡流阻尼器冲击加载试验装置,试验结果与仿真结果吻合较好。研究结果表明:在保证动子运动精度的前提下,工作气隙尽可能小,磁轭厚度取永磁体厚度的3/4,导体筒厚度取1～2 mm有利于提高电涡流阻尼器的阻尼系数;电涡流阻尼器在冲击载荷作用下具有良好的缓冲制动性能,在武器发射、列车制动等冲击制动领域具有重要的应用价值。     

垂度拉索-惯质阻尼器体系的减振分析

提出一种利用齿轮齿条、惯质元件和黏滞阻尼元件组合的拉索用新型惯质阻尼器,给出了阻尼器各元件参数的理论设计方法,并指出了其耗能原理。利用理论推导结合数值计算的方法给出其单体耗能性能,建立了拉索-惯质阻尼器体系的平面内运动方程,使用复模态分析法,给出了考虑垂度拉索-惯质阻尼器体系的模态阻尼比计算公式。针对某实际拉索,使用无量纲化分析方法,给出了实索惯质阻尼器的设计参数及相应的拉索模态阻尼比。研究了同一惯质阻尼器参数对不同拉索振动模态的减振效果。结果表明,当有垂度拉索在惯质或阻尼增大时会趋近于本阶次的嵌固频率。针对某实际超长拉索,当目标减振模态阶数不太多时,经过惯质、黏滞阻尼及安装位置等多参数调谐之后,可获得优于现有黏滞阻尼器的广谱减振效果。     

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。     

输电线路防舞电涡流阻尼器参数优化试验研究EI北大核心CSCD

基于动力相似关系,以某1000 kV八分裂输电线路为工程原型,设计了输电导线-电涡流阻尼器系统的1∶17大比例缩尺试验模型。通过导线-阻尼器系统的自振试验测定系统的等效阻尼比,并对电涡流阻尼器的安装位置、刚度系数、阻尼系数以及导线初始张力等设计参数对系统等效阻尼比的影响进行了相关研究。为了验证由自振试验所确定的阻尼器最优参数下的真实防舞效果,在易舞风攻角下,对安装阻尼器前、后覆冰导线-阻尼器系统的线性化运动方程的特征值实部进行了计算,发现安装阻尼器将明显提高导线起舞风速;利用ANSYS软件对易舞风攻角下的导线舞动响应进行仿真模拟研究,安装阻尼器后覆冰导线不再激发舞动,防舞效果非常明显。试验表明:导线系统的一阶等效阻尼比将随着阻尼器阻尼系数的增大呈现先增大后减小的趋势,存在一个最优阻尼系数C_(opt),而阻尼器刚度的存在不利于阻尼器发挥减振效果;阻尼器的安装位置越靠近跨中,导线系统的一阶等效阻尼比提升越明显,阻尼器的减振效果越好;导线初始张力越大,导线系统的等效阻尼比的最大值(ξ_(max))也会相应提高。     

节流孔式空气阻尼系统建模及参数影响分析

考虑空气弹簧橡胶气囊力学特性,采用分数导数Kelvin-Voigt模型和摩擦模型对空气弹簧橡胶气囊进行建模;并基于牛顿力学、热力学、流体力学和黏弹性力学,建立了节流孔式空气阻尼系统非线性模型。在系统工作平衡点附近,建立了该系统的线性化模型,并基于复刚度等效得到了系统的等效刚度和等效阻尼系数方程。以某空气弹簧为研究对象,实验验证了等效模型的有效性。在此基础上,分析了激振振幅、激振频率以及关键设计参数对系统等效刚度和等效阻尼系数的影响规律,这为空气悬架的刚度和阻尼匹配设计提供参考。     

黏滞阻尼器联合负刚度对斜拉索减振控制的增效研究EI北大核心CSCD

阻尼器的负刚度特性有助于提升其对斜拉索的减振效果,为探究负刚度装置(NS)对黏滞阻尼器(VD)应用于斜拉索减振控制的增效作用,开展了VD联合NS对斜拉索减振控制的增效研究。采用复模态分析方法获得了斜拉索-VD-NS耦合系统的特征方程,并进一步推导了斜拉索附加模态阻尼比的近似解;分析了NS的负刚度系数和安装高度对斜拉索模态阻尼比和振动频率的影响;基于输出反馈的LQR控制,获得了给定负刚度系数时VD对斜拉索多阶模态减振控制的最优参数,进而研究了负刚度系数和NS安装高度对斜拉索多阶模态振动控制的增效作用。研究结果表明:增加NS的负刚度系数或安装高度均有助于提升VD对斜拉索单阶模态和多阶模态减振效果,同时减小了VD的最优阻尼系数;NS对VD减振性能的提升归功于负刚度系数或NS安装高度的增大对VD位移幅值的放大效应,提升了VD的耗能能力。     

黏性剪切阻尼器性能频率依存性对斜拉索多模态阻尼影响研究EI北大核心CSCD

斜拉索振动是危害缆索桥梁安全性和适用性的一个工程难题,实际中常采用附加阻尼器的方法实现减振。在拉索-阻尼器系统分析中,多将阻尼器系数考虑为常数;现有理论和试验表明,阻尼器动力特性包括刚度和阻尼系数存在明显的频率依存性,相关研究尚缺乏。并且,拉索随着长度的增大,基频降低,分析和设计中更需要考虑索的多模态(多频率)阻尼。因此,研究索阻尼器性能的频率依存性对索多模态阻尼效果的影响。研究选取工程中广泛应用的黏性剪切阻尼器(viscous shear damper,VSD)。首先,开展阻尼器单体试验研究,结果表明在固定位移幅值情况下,随着振动频率的增大,阻尼器的阻尼系数变小而刚度系数增大,系数与频率之间近似呈现指数函数的关系;进一步,采用小垂度拉索附加带刚度阻尼器模型,分析索-阻尼器系统的动力特性,讨论阻尼器性能频率依存性对索多模态阻尼效果的影响;最后,通过实索动力测试得到阻尼器对索多阶模态阻尼效果,与理论分析结果吻合。试验结果表明,实际阻尼器的设计需要考虑阻尼器性能的频率依存性,结合阻尼器单体试验和索-阻尼器系统理论分析是一种精确和实用的方法。     

磁流变阻尼器特性的实验研究

结合磁流变阻尼器的工作原理和阻尼力简化模型,对不同激励振幅、激励频率、控制电流下的磁流变阻尼器的阻尼力特性、耗能特性、响应时间进行了一系列的实验研究。分析得出,磁流变阻尼器具有极强的减振耗能作用,且耗能能力随着控制电流、激振振幅和频率的增加而增大。磁流变阻尼器的响应时间随控制电流的变化不太明显,但是随着激振速度的增加迅速减小。     

考虑惯容的颗粒阻尼器等效力学模型及其受控结构稳态解研究

颗粒阻尼技术因减振效果好、作用频带宽等优点使其在土木工程领域中具有良好的应用前景,然而因其具有高度复杂的非线性力学特性,并缺少合理的力学模型,限制了其在实际工程中的应用和发展。鉴于此,以土木工程应用为背景,在不考虑阻尼颗粒发生堆积的前提下,通过引入惯容器来考虑颗粒群滚动对阻尼器减振机理及减振效果影响,建立了考虑惯容的多颗粒阻尼器等效单颗粒力学模型;结合颗粒运动状态,分别进行了未碰撞时及碰撞发生后多颗粒阻尼器单自由度结构的响应分析,重点探讨了惯容系数对未碰撞时动力放大系数频响曲线及碰撞发生后周期2次碰撞稳态解析解的影响规律,并采用数值仿真和试验方法进行验证。结果表明,考虑惯容属性后等效模型能够进一步明晰多颗粒阻尼器由于颗粒群滚动引起的非线性特性,惯容系数对多颗粒阻尼器未碰撞时动力放大系数频响曲线及碰撞后周期运动解析解存在的边界条件及稳定性具有显著影响。进行的周期2次碰撞理论解析为颗粒阻尼器进一步参数影响分析及减振机理分析提供理论基础。     

金属橡胶包覆管路阻尼结构减振性能研究

提出薄片型金属橡胶制备难点,并解决了其制备难题。基于双折线模型,对管路包覆阻尼结构做力学分析及合理性简化,建立合适的力学模型,利用等效线性化方法将单自由度滞迟系统力学模型做线性等效,分析了金属橡胶刚度和阻尼随激振力变化规律,并进行了试验验证。同时提出表征包覆阻尼结构减振性能的表征量,通过试验研究了金属橡胶包覆阻尼结构的减振特性随其成型密度、包覆层数、激励量级的变化规律,为管路系统减振等工程应用提供了理论和实验依据。     

平台和缘板阻尼叶片共振响应的数值分析

引入非局部记忆的滞后摩擦力模型,应用数值方法研究平台和缘板阻尼单自由度叶片模型的共振响应,分析了阻尼器正压力、激振力水平和摩擦系数对共振振幅及峰值频率的影响.研究表明,阻尼器是一种非常有效的结构减振方法,并且缘板阻尼器的减振效果更好.