主被动调谐控制结构动力响应分析与试验

针对地震和风振下结构的振动控制,提出了结构主被动复合调谐控制的策略,以及采用直线电机驱动主动质量阻尼器(active mass damper,简称AMD)、中空橡胶隔震支座作为调谐质量阻尼器(tune mass damper,简称TMD)弹性单元、滑轨作为TMD支撑轨道的主被动复合调谐控制装置实现方法,进行了主被动复合调谐控制对结构动力响应控制的效果及减震机理分析,探讨了反馈响应向量对控制效果、AMD控制力和AMD位移的影响,完成了线性二次高斯算法(linear quadratic Gaussian,简称LQG)控制算法和H2/H∞控制算法时的主被动复合调谐控制结构振动台试验。研究结果表明:结构主被动复合调谐控制能有效减小结构的动力响应,改善TMD的性能;采用直线电机驱动的AMD作为主动控制装置,为防止AMD"飘移",AMD位移应作为目标向量和反馈响应;LQG控制算法总体控制效果优于H2/H∞控制算法。试验验证了提出的主被动复合调谐控制硬件系统方案的可行性,为工程应用提供了支撑。     

调谐质量阻尼器参数优化及其应用

在分析调谐质量阻尼器（Toned Mass Dampers，简称TMD）减振原理以及TMD参数对主结构振动特性影响的基础上，得出了TMD参数优化的理论依据，进而采用改进的单纯形法计算出优化的TMD参数值，并通过在桥梁振动控制中的应用，说明了所得出的TMD优化参数对于小阻尼既有结构进行振动控制是非常有效的。     

利用调谐质量阻尼器进行管路系统减振

对既成管系存在的振动进行了减振研究。考虑到既成管线增加额外支撑的困难,设计了可拆分的环形调谐质量阻尼器结构,建立管系实验装置并进行模拟计算。分析了在有、无调谐质量阻尼器时实验管系振动在时域和频域的情况,并进行了实验验证。结果表明,设计的调谐质量阻尼器可大幅减缓管系的稳态振动和快速衰减管系的瞬态振动,是一种有效、实用的管系减振手段。     

半主动电流控制阻尼器的调谐减振性能研究

随着建筑高度不断增加,低频振动严重影响其安全运行。被动式阻尼器仅在调谐点处具有良好的减振效果,存在减振带宽较窄的问题,磁性液体为解决这个问题提供了新的途径。以磁性液体为工作液体,提出一种半主动调谐式电流控制阻尼器。首先,建立了阻尼器固有频率的理论模型,表明通过调节电流可改变固有频率。其次,搭建测试平台,进行了不同激励下阻尼器的调谐减振能力测试。结果表明半主动电流控制阻尼器的减振率为22%左右,调谐液体滚球阻尼器的减振率仅为12.3%左右,且调谐液体滚球阻尼器与主结构的频率比>1.11时,减振率将低于10%,半主动电流控制阻尼器则具有良好的鲁棒性,可以有效降低位移响应,弥补了被动式阻尼器减振带宽较窄的不足。     

机电产品动态分析与控制：第四讲 振动与噪声的调谐阻尼器控？…

本文介绍了调谐阻尼器的工作原理、结构基本形式、调谐阻尼器的优化设计方法和工程应用实例。     

具有调谐惯容阻尼器的建筑结构减震设计

为提升传统调谐质量阻尼器(tuned mass damper,简称TMD)应用的方便性,提出利用调谐惯容阻尼器(tuned inerter damper,简称TID)对结构进行减震控制,推导了基底白噪声激励下建筑结构的TID最优阻尼参数和最优刚度参数的解析式以及无阻尼的位移方差解析式。分析表明,TID最优参数与其安装的相邻楼层振型坐标差的平方有关,该值越大,控制效果越好。通过3个均匀结构和1个12层的非均匀结构模型分析表明:TID对中低层结构的控制效果较好,且对高阶振型控制优势明显;TID-TMD混合控制方案在地震作用下的控制效果更明显,优于TID,且总体上与多重TMD控制效果相近;TID-TMD仅需在顶层安装TMD,其余楼层安装TID,减少了多重TMD控制高阶振型带来的空间占据、安装不便、质量过大等问题。     

细长结构风诱导振动非线性调谐质量阻尼器减振装置性能试验

风诱导振动导致石化塔设备和烟囱等细长结构疲劳破坏的事故时有发生,非线性调谐质量阻尼器(TMD)可对结构进行振动控制。为了研究此类非线性TMD的减振性能,对非线性TMD装置控制细长结构风诱导振动进行模型设计并开展试验研究,对比在不同激励大小和不同钢丝绳隔振器初始预紧量两个条件下TMD装置的减振效果。结果表明:含钢丝绳隔振器的非线性TMD装置在主系统共振区附近减振性能优良,振幅减小了85%左右。钢丝绳隔振器处于不同初始压缩预紧时,减振效果均很好,处于不同初始拉伸预紧时,减振效果快速下降。在隔振器压缩变形允许范围内,激励越大,减振效果越好。     

混合质量阻尼器在海上漂浮式风力机振动响应抑制中的应用

针对海上漂浮式风力机在风浪激励下产生较大振动响应的问题,采用混合质量阻尼器(Hybrid mass damper, HMD)主动控制系统抑制风力机的结构振动。基于拉格朗日能量方程建立Spar式风力机的气动-水动-结构-调谐质量阻尼器(Tunedmass damper, TMD)-HMD耦合动力学模型,并采用遗传算法优化TMD的刚度和阻尼系数;在机舱TMD上施加主动控制力,设计了变增益状态反馈H∞控制器,将控制器的求解问题转化为线性矩阵不等式的优化问题,从而得到最优主动控制力;研究了不同工况下HMD主动控制系统对风力机的减振效果。结果表明,相对于TMD被动控制系统,HMD主动控制系统能够进一步降低风力机的平台纵摇(Platform pitch, PFPI)运动和塔顶纵向(Tower top fore-aft, TTFA)挠度。     

基于多岛遗传算法的漂浮式风力机稳定性多重调谐质量阻尼器优化控制

将多重调谐质量阻尼器（MTMD）引入漂浮式风力机控制领域以提高漂浮式风力机的稳定性。以NREL 5MW风力机及ITI Barge平台为研究对象,提出在漂浮式风力机机舱和塔架中配置2个参数不同的调谐质量阻尼器（TMD）,并基于多岛遗传算法,算出MTMD系统最优参数。通过对3种典型工况下、有无配置MTMD的漂浮式风力机进行模拟计算,研究了最优MTMD的控制效果。结果表明：多岛遗传算法能够有效优化MTMD参数;MTMD控制优于单一TMD控制;经参数优化后,MTMD对漂浮式风力机振动的控制效果更好,塔顶纵向位移和平台横摇角标准差抑制率分别提升了80.4%和83.8%;MTMD对漂浮式风力机不同部位的控制效果不同,控制效果最好的为塔顶纵向位移、塔根横向弯矩及平台横摇角;不同环境工况下,MTMD对漂浮式风力机都有着明显的控制效果,其中纵向载荷和位移的标准差抑制率分别为10.3%~12.1%和76.1%~78.3%,横向载荷和位移的标准差抑制率分别为75%~77.7%和8.9%~10.8%。     

自适应TMD减振性能试验

为改善目前工程中应用的调谐质量阻尼器(tuned mass damper,简称TMD)对频率敏感和频率难以调节的缺点,提出了一种自适应TMD,由可变质量块、弹簧、伺服控制系统、驱动系统和阻尼器组成。其中,伺服控制系统由一个加速度传感器和一块单片机电路板组成。在环境激励下,单片机电路板接收位于主结构上的加速度传感器传来的信号,利用短时傅里叶变换识别得到主结构的第1阶自振频率,并自发启动驱动装置改变TMD的质量,以调节TMD的频率与识别得到的主结构频率一致。通过人行桥模型试验验证了自适应TMD的可行性、可靠性和有效性。试验结果表明,自适应TMD能准确识别模型结构的竖向一阶自振频率,并通过调节质量重新调谐自身频率,与识别得到的频率相同。自由衰减振动试验和受迫振动试验表明,与启动调节前的失调TMD相比,启动调节后的谐调TMD能够提高模型结构的等效阻尼比,降低其加速度响应峰值和均方根值。     

调谐质量阻振变刚度控制器设计及其效果研究

提出了一种新的变刚度半主动控制方法,输入随机波面特征信息,得到平台甲板加速度响应谱,经计算机处理后得到实时控制信号。达到控制装置对系统最优状态的跟踪。给出基于调谐质量阻尼器变刚度半主动振动控制的控制器设计方案,验证了以平台甲板加速度信号为输入时控制系统对平台振动的抑制效果,该控制方案可克服数据处理系统和作动器的延时带来的系统稳定性问题。计算结果表明,平台甲板加速度振动控制效果可达20％以上。该方案具有实用前景。     

变质量颗粒阻尼吸振器及其宽频减振性能

为了拓宽传统定参数颗粒阻尼吸振器的有效减振频带,设计了一种变质量颗粒阻尼吸振器。对变质量颗粒阻尼吸振器的动力学特性进行了仿真及实验研究,并利用数据拟合的方法建立了颗粒容器内水量与最佳减振频率的变化关系。研究结果表明：变质量颗粒阻尼吸振器可以通过改变颗粒容器内的液体量调节其最佳减振频率,拓宽了吸振器有效减振频带。     

高耸闪蒸塔调谐质量阻尼减振技术的数值分析

针对高耸闪蒸塔在强风作用下振动响应过大的问题,将调谐质量阻尼器（TMD）减振技术应用到高耸闪蒸塔风振控制中,以保证设备运行安全并延长其使用寿命.通过Matlab数值模拟,研究了TMD安装后闪蒸塔顶端的风振能量减少率以及寻找最优参数.在此基础上,总结了能量减少率等值线图,可以通过协调二者的关系来解决TMD运行空间有限的难题.研究结果表明：TMD可以有效控制高耸闪蒸塔进行风振响应,在最优匹配参数下,TMD能够降低闪蒸塔的顶端振动能量约47.07％,为工程实际应用提供了一定参考.     

半主动TMD控制双跨轴系过临界振动的研究

针对多轴串联机械通过临界转速时振动过大的问题,对调谐质量阻尼器在双跨轴系振动控制中的应用进行了研究。并基于转子结构,设计了具有对称结构的笼式半主动调谐质量阻尼器用于控制轴系振动;搭建了双跨转子实验台,在不改变转子轴系原有支撑形式上,在两根轴上分别安装了调谐质量阻尼器,对调谐质量阻尼器对轴系各跨转子振动的影响规律进行了实验研究。研究结果表明,不可控调谐质量阻尼器可以有效抑制安装所在轴临界转速附近的振动,对相邻轴影响较小,但会引起新共振峰。根据此实验结果通过开关控制策略实现调谐质量阻尼器半主动控制,说明半主动调谐质量阻尼器可以在不停机的情况下,抑制转子轴系通过各阶临界转速时的振动,避免失谐。     

钢连桥人致振动及TMD减振效应实测与分析

以某室外大跨轻柔钢结构人行桥为案例,介绍了该结构的设计概况及调谐质量阻尼器(tuned mass damper,简称TMD)减振设计,分别在结构施工完成后以及TMD装置安装后对其进行了实地动力测试,测得了该结构减振前后的模态特性以及在多种人行荷载工况下的振动响应,采用加速度峰值和均方根值为评价指标,分析了钢连桥人致振动情况及特性。结果表明:一端设计为滑动连接的钢连桥人致振动主要由第1阶竖向振型控制,扭动及水平振动响应相对较小;安装经优化设计的TMD装置后,整体连桥的频率特性没有明显变化,分布式TMD对多种频率激励工况均有良好的调谐减振作用,减振率达到35%~70%;共振激励下测得的原结构阻尼比较小,安装TMD后结构的阻尼比提高4倍,并且呈现出在自由振动衰减的前期较大,随着振动幅度变弱阻尼比降低;测试中发现TMD装置的减振效率对其阻尼比的变化不敏感。     

柱切换LC-MS/MS分析吸毒尿样中的吗啡、O6-单乙酰吗啡、可待因、乙酰可待因

建立在线固相萃取即柱切换LC-MS/MS方法,分析吸毒者尿样中的吗啡、O⁶-单乙酰吗啡、可待因、乙酰可待因。以吗啡-d₃为内标,预处理柱为Oasis HLB 2.1 mm×20 mm×25 μm,分析柱为Xterra MS C₁₈ 2.1 mm×150 mm×3.5 μm,用水作预处理流动相,分析流动相用含甲酸铵和甲酸的水、乙腈梯度洗脱,质谱采用电喷雾离子源,正离子MRM扫描。100 μL尿样直接进样分析,尿样中吗啡、O⁶-单乙酰吗啡、可待因、乙酰可待因的检测限为 0.3～1 μg/L,线性关系良好,相关系数γ在0.999 1以上。     

双头单螺杆泵定子衬套力学行为分析

为研究双头单螺杆泵定子衬套的受力状态及内轮廓线的变形规律,分析了内压、压差、材料非线性、橡胶泊松比等多种因素对定子衬套应力、应变及内轮廓线变形规律的影响,并拟合出双头单螺杆泵定子衬套在均匀内压作用下内轮廓线位移的方程式及非均匀内压下内轮廓线最大位移公式。分析结果表明：均匀压力下,衬套应力、应变呈周期性变化,内轮廓线位移呈正弦规律变化,位移与内压成线性关系;压差作用下,衬套应力、应变最大值向压差作用处转移,内轮廓线变形规律发生改变,位移及其变形幅度均增大;衬套橡胶泊松比微小的变化即会对衬套变形产生非常大的影响。因此,实际生产中应注意注胶工艺及泊松比的变化。研究结果为定子、转子过盈量的选取及线型的优化设计提供了理论基础,对提高双头单螺杆泵工作效率和使用寿命具有重要工程实际意义。