TMD在简支箱梁多阶模态振动控制中的应用

为了有效实现对简支箱梁多阶模态参与振动响应的控制,首先通过对箱梁结构进行模态分析确定受控模态,并基于TMD的定点理论及多自由度系统等价质量识别法,得到箱梁结构附加TMD的最优刚度、最优阻尼和最佳附加位置;然后对箱梁结构进行谐响应分析,探讨控制箱梁结构各阶模态振动的TMD在不同质量比下的吸振特性;最后基于列车-轨道-桥梁耦合动力学模型,探讨列车荷载作用下TMD对箱梁结构低频振动的控制效果。结果表明:TMD能够有效吸收箱梁竖向固有频率附近的低频振动能量;TMD的质量比越大,吸振效果越明显;合理的多阶模态TMD组合设置能够有效地控制列车荷载作用下箱梁的低频振动及对应频段桥梁弹簧支座反力向下部桥墩的传递。     

移动荷载作用下悬浮隧道管体TMD减振分析及优化布置

为减小悬浮隧道管体在移动荷载作用下的动力响应,采用TMD作为振动控制措施并对减振效果进行了分析。将悬浮隧道管体简化为弹性地基梁,采用移动简谐力模拟汽车荷载,通过Morison方程计算管体振动过程中的流体附加惯性效应和阻尼效应,推导建立了移动荷载作用下管体-TMD系统振动控制方程组。采用Newmark-β法进行数值求解,分析了TMD对悬浮隧道管体的减振效果。针对悬浮隧道管体振动特征,提出采用分布式TMD的布置形式,并对移动速度、TMD阻尼比的影响进行了讨论。结论表明：TMD对移动简谐荷载作用下的悬浮隧道管体具有显著减振效果,最大位移减振率在50%以上。由于多阶模态参与振动,单一TMD的有效减振范围有限。在保持总质量不变的情况下,采用分布式TMD可以获得较好的整体减振效果。提高TMD质量比和降低移动荷载速度有助于提高TMD的减振效果。增大阻尼比会减弱TMD的效果,应综合考虑减振效果和工作空间的要求确定。     

利用MTMD控制桥梁竖向振动的初步研究

利用三角级数法模拟轨道的不平顺,采用列车编组和桥梁组合的模型,通过建立车-桥-TMD动力系统振动方程,研究了TMD控制下桥梁的竖向位移响应.通过TMD质量比影响曲线得出了最佳质量比,并将MTMD与STMD进行了对比分析,给出了时程响应曲线,结果表明MTMD对桥梁竖向振动的减振效果更明显,且更适用于工程实践.     

移动荷载下高速铁路简支梁桥消振机理频域分析

桥梁动力响应问题随着列车运营速度的不断提高也愈加明显。为了保证列车在高速运行下引起的桥梁动力响应在安全范围内,则对建立列车运营时速与桥梁位移响应幅值之间的关系显得尤为重要。因此,针对多个移动荷载激励下桥梁消振机理提出了一种行之有效的频域分析方法。该方法首先对桥梁运动方程采用傅里叶变换,得到移动荷载匀速通过桥梁时的移动荷载傅里叶幅值谱;然后基于移动荷载傅里叶幅值谱,建立了移动荷载速度与桥梁消振效应之间的关系;最后以高速铁路简支梁为例验证了理论推导及分析的正确性和速度公式的有效性。结果表明:由频域得到的移动荷载傅里叶幅值谱能有效反映桥梁自由振动,与时域内得到的桥梁自由振动幅值响应规律一致;非等间距移动荷载作用下桥梁发生消振现象时,第一类移动荷载消振速度仅与桥梁跨度、基频有关,第二类移动荷载消振速度与桥梁基频、移动荷载间距有关。     

TMD对高速列车通过简支箱梁桥时的振动控制研究

提出了一种可考虑TMD影响的列车桥梁空间振动时域分析方法,桥梁采用常规有限单元模拟,高速列车TMD采用南弹簧阻尼器相连的多刚体模拟,直接建立车-桥TMD时变系统运动方程,采用数值积分方法求解系统空间动力响应.以无碴轨道预应力混凝土40 m双线简支箱梁为例,首先对日本S.K.S.列车通过桥梁时引起共振的临界车速进行了分析,为控制箱梁共振车速下的较大振动响应,研究TMD不同参数对箱梁振动控制效果,大量计算了列车通过加装不同参数TMD箱梁时的动力响应.计算结果表明采用TMD可有效抑制高速铁路简支箱梁的共振,并得出了一种确定共振车速和TMD优选参数的简便方法,可供工程应用参考.     

MR-TMD减振系统对连续箱梁桥振动控制研究

MR-TMD阻尼器是在调谐质量阻尼器(TMD)的基础上与磁流变阻尼器(MR)联合使用的一种新型结构半主动振动控制装置。在考虑轨道不平顺的影响下,建立了列车-桥-阻尼器耦合动力学模型。采用自主研发的高速铁路车-桥-轨动力耦合仿真分析平台(TDBCA1.0),以德国ICE3高速列车通过(80+128+80)米连续箱梁桥为例,分析了轨道不平顺对桥梁振动的影响,比较了TMD阻尼器和MR-TMD阻尼器的减振效果。结果表明,轨道不平顺对桥梁竖向位移影响较小,对桥梁振动加速度影响较大,列车速度越快,对桥梁振动加速度的影响越大。MR-TMD阻尼器对连续箱梁位移峰值影响较小,但能在很大程度上控制振动加速度。MR-TMD减振效果优于TMD阻尼器。     

基于移动荷载谱的桥梁竖向自由振动最大响应研究

该研究提出了基于移动荷载谱的桥梁自由振动最大响应的频域分析法。该方法在频域内,采用傅里叶变换得到移动荷载作用在桥梁上的移动荷载谱及桥梁振动位移响应谱;并以理论推导与数值分析相结合的方法建立了移动荷载幅值谱最大值对应的无量纲速度与轴跨比(荷载轴距与桥梁跨径的比值)之间的关系;根据该关系提出了移动荷载作用下桥梁自由振动最大位移响应时的速度公式,该速度明显不同于共振速度。以两座不同跨径的简支梁桥为例,在时域内通过改变不同的轴跨比与移动荷载速度,计算桥梁自由振动最大位移响应,以此验证了频域分析结果的正确性。研究结果表明:基于移动荷载谱能够有效反映移动荷载作用下桥梁自由振动最大响应;当轴跨比为0.72时,引起的桥梁自由振动最大位移响应最小;当轴跨比为0与1.47时,引起的桥梁自由振动最大位移响应最大;移动荷载以速度公式获得的速度行驶,将会使得桥梁自由振动产生最大位移响应。     

共振速度下轨道交通槽形梁结构瞬态噪声分析

为了进一步研究不同列车速度下的桥梁结构噪声问题,基于有限元-瞬态边界元理论,针对轨道交通30 m简支槽形梁,分析在共振、消振速度下桥梁的振动响应及结构声辐射特性。首先,建立槽形梁振动辐射瞬态噪声的有限元/边界元模型;然后,对简支梁在移动列车荷载下诱发的振动进行分析,得到列车荷载通过桥梁时的共振和消振速度;最终,结合声辐射理论,采用瞬态边界元法研究分析不同列车速度引起的桥梁瞬态噪声声场特性。研究结果表明:列车速度的变化引起桥梁结构的位移幅值出现波动性变化;桥梁结构的振动加速度幅值随着速度的增大而不断增大;桥梁结构辐射噪声的变化趋势与结构的振动加速度变化趋势有一定的相关性;当列车以共振速度通过简支桥梁时,结构动力响应值及辐射噪声值有放大趋势,在附近出现峰值;列车共振速度对桥梁结构的远声场瞬态噪声影响效果较为显著;应有针对性地控制列车速度以改善桥梁结构噪声。     

TMD对列车作用下大跨钢桁架桥的振动控制研究

南京长江大桥是连接我国南北的重要交通命脉,考虑到列车引起的振动对该桥危害较大,有必要采取有效措施对其进行振动控制。结合车桥动力方程,有限元分析时将列车经过大桥全过程的桥梁结构作为时变系统来考虑,基于ANSYS平台编制了动力时程响应分析程序。据此研究了调谐质量阻尼器(TMD)在该桥减振控制中的参数敏感性和控制效果,并对比分析了列车时速对减振效果的影响。结果表明,TMD在其刚度和阻尼系数取值合理时可达到最优控制效果;设计TMD对该桥列车致振动竖向加速度的控制效果明显,且在列车时速较高时减振效果更加显著。     

准高速行车下铁路桥梁振动特性的试验研究

铁路桥梁振动特性是制约铁路提速的一个重要因素.本文结合广州—深圳准高速铁路线石滩64m钢桥振动特性的实际测试,深入研究列车提速至大于120km/h的行车条件,跨度大于16m桥梁的共振问题.研究表明,提速列车作用下铁路钢桥的共振响应是不容忽视的,桥梁发生共振的根本原因是列车移动荷载对桥梁的激励频率与桥梁的某阶有载模态频率接近.上述结论验证了车桥系统耦合作用的理论分析.     

基于经验线性涡激力的桥梁涡激振动TMD控制

涡激振动是大跨度桥梁在低风速下容易发生的一种风致振动,是大跨度桥梁抗风设计中的重要环节。为了有效抑制桥梁的涡激振动,研究了TMD对桥梁涡激振动的控制。建立了桥梁与TMD组成的振动系统的运动方程,在复频率里对运动方程进行求解,推导了振动系统的频率响应函数,给出了TMD参数优化设计的方法。以一大跨度悬索桥为实例,对该悬索桥进行了1∶20的大节段模型涡激振动风洞试验,获取了桥梁的涡激振动气动参数,分析了TMD对桥梁涡激振动的控制。TMD参数优化结果表明:质量比越大,控制率越高,但工程中应综合经济性等因素考虑合适的质量比;TMD质量比一定时,TMD与桥梁的频率比趋近于1附近,相位差趋近于π/2附近,控制率较高;当桥梁主梁高度对TMD行程有限制时,涡振控制效果将受到影响,利用TMD进行桥梁涡激振动控制需结合TMD的行程来综合考虑参数的优化取值;就本桥而言,当按质量比为1%设计TMD最优参数时,在整个涡振区风速范围内,桥梁的涡激振动都得到了有效的抑制。     

多维爆破地震动作用下框架结构动态响应有限元时程分析

爆破震动的幅值、频率与持续时间是结构爆破震动响应与破坏的重要参数,爆破安全规程规定地面建筑物的爆破震动判据采用质点峰值震动速度和主震频率,但没有指明是三向速度的合速度还是单向速度,给爆破震动判据应用带来不便。文中采用有限元时程分析讨论了不同爆破震动频率速度荷载作用下结构的动态响应,指出在较高频率的爆破震动荷载作用下,框架结构对竖直向地震波响应较大,易在竖直向地震波作用下产生破坏,并可以将三维爆破震动中最大震动速度幅值作为爆破震动安全标准值;在较低频率的爆破地震荷载作用下,震动的水平荷载引起结构的破坏是主要的,应考虑水平最大荷载的爆破震动安全标准值。即结构抗震的安全标准在高频时以垂直荷载速度峰值为准;在低频时以水平荷载速度峰值为准。     

斜拉桥参数振动引起的拉索大幅振动

本文对斜拉桥拉索的参数振动问题建立了非线性力学模型,并对其进行了数值计算分析。通过对数值计算结果的分析,指出了拉索参数振动的可能性,并对拉索参数振动的一些特征进行了分析及对抑制拉索参数振动提出了在桥面上施加调频质量阻尼器的途径。     

抑制海上浮式风力机振动的TMD限位策略研究

调谐质量阻尼器(TMD)能有效抑制海上浮式风力机的振动响应。风浪作用下,TMD将产生较大的振幅,和风机结构发生碰撞,严重影响风机结构安全,故必须对TMD进行限位设计。针对此问题,在Barge式风力机机舱中配置TMD,提出了3种TMD限位策略:阻尼限位策略、刚度限位策略及联合限位策略。采用拉格朗日方程,建立TMD行程受限的海上浮式风力机3自由度动力学模型,研究了不同限位策略下TMD的抑振效果。结果表明:采用联合限位策略,可以避免单一限位策略的缺陷,此时,TMD最大行程为7.85 m,对塔顶纵向位移和平台纵摇角标准差的抑制率分别为40.01%和61.78%。     

施工中大桥桥塔的TMD减振研究

施工中大桥桥塔的风致振动对施工具有很大的危害,采用调谐质量阻尼器(TMD)对其进行减振。首先,通过一个二自由度的振动模型来阐述TMD装置的工作原理,并导出了TMD参数和外激励频率与减振效果的之间的关系。然后,在讨论大桥桥塔结构按一阶模态向一个单自由度系统的等效简化问题中,提出了一种基于固有频率的等效质量简便算法。最后,结合崖门大桥的桥塔施工进行实例TMD减振分析, 实测结果表明TMD的减振效果非常好但其设计过程也很复杂。     

基于TMD的风力发电机组降载设计方法

针对山西某风电场44#风电机组在水平垂直于传动链方向的突发性、间歇性振动而导致风电机组振动超限停机。设计了质量阻尼调谐装置(TMD)对风电机组进行减振,并对TMD减振装置的原理和设计流程进行了详细的介绍。同时,设计开发了TMD减振装置,成功应用于风电现场。应用结果表明:设计的质量阻尼调谐装置在机组满发工况下减振效果能达到40%以上,能够减轻风电机组机舱振动幅度,消除风电机组机舱振动故障,减少风电机组的故障停机时间。     

简支梁桥与多跨连续梁桥上移动荷载的识别与参数分析

移动车辆荷载反复作用会导致桥梁疲劳损伤甚至破坏,移动荷载识别是桥梁健康监测的重要措施之一。采用样条函数逼近法对简支梁桥与多跨连续梁桥上的移动荷载进行识别和参数分析。基于模态叠加法和梁固有振动的精确解,建立了移动荷载作用下简支梁和连续梁的运动方程;利用样条最小二乘法逼近桥梁应变响应,由样条数值微分求得响应导数;再通过Tikhonov正则化方法结合奇异值分解技术得到了荷载识别的正则解。对一简支梁和一三跨连续梁进行了数值仿真,并对一些影响因素进行了参数分析。利用已有的试验数据验证了方法的可靠性。结果表明,样条函数逼近法能有效地识别简支梁与连续梁桥上的移动荷载,具有很强的实用性和抗噪性能;而且简支梁桥上的荷载识别精度和抗噪性能高于连续梁桥;利用Tikhonov正则化方法可得到荷载识别的稳定解,并有利于提高识别精度,降低对噪声的敏感性。     

人行桥的减振优化设计研究

振动舒适度是设计大跨轻质人行桥时需要解决的关键问题之一.采用调谐质量阻尼器(TMD),可以有效降低桥梁在行人激励下的振动反应.该文基于分布参数法,提出了单跨和多跨人行桥采用STMD 及MTMD 减振系统的动力反应通用时程计算方法.在此基础上,以均方根加速度作为衡量标准,研究了单跨和多跨梁式人行桥-TMD 系统中TMD 布置位置、系统最优频率比与最优阻尼比的优化取值和减振效果等问题,提出了相应的设计建议,并通过数值算例进行了验证.     

MTMD控制铁路轻型墩横向振动研究

针对铁路提速后大部分轻型墩桥梁横向车桥耦合振动幅值超限问题，提出采用MTMD（Multiple Tuned Mass Damper）对其进行被动控制。首先将被控结构简化为单自由度体系，建立了结构-MTMD系统力学模型和运动微分方程，全面系统地分析了MTMD各设计参数对动力放大系数的影响规律。经分析可知，MTMD的频带宽度、阻尼比、质量比、中心频率比和TMD的个数对结构振动控制有重要影响，应对其进行优化。在此基础上，以一轻型墩特大桥为例设计MTMD，并对采用MTMD控制铁路轻型墩横向车桥耦合振动的效果进行了分析。     

Optimization Design of TMD for Vibration Suppression of Offshore Floating Wind Turbine

In order to suppress the responses of the large vibration displacements and loads of the offshore floating wind turbine under the harsh marine environment,an effect method for restraining vibration,putting tuned mass dampers( TMD) in the cabin of wind turbine,is proposed in this paper.A dynamics model for offshore floating wind turbine with a fore-aft TMD is established based on Lagrange equation; Parameter identification of the wind turbine is performed by the non-linear least squares Levenberg-Marquardt( LM) algorithm; Parameter optimization of the TMD is researched when considering the standard deviation of the tower top longitudinal displacements as the objective function.Aiming at five typical combined wind and wave load cases under normal running state of the wind turbine,the dynamic responses of the wind turbine with / without TMD are simulated and the suppression effect of the TMD is investigated.The results show that:there exists the optimum TMD mass ratio1.8% when the damped free vibration of the wind turbine,and the standard deviation of the tower top longitudinal displacements is decreased 60% in 100 seconds by the optimized TMD.The standard deviation suppression rates of the longitudinal displacements and loads about the tower and blades increase with the increasing TMD mass ratio when the wind turbine vibration under the combined wind and wave load cases,and when the mass ratio changes from 0.5% to 2%,the maximum suppression rates are from 20% to 50%,which effectively reduce the vibration responses of the wind turbine.The research results of this paper preliminarily verify the feasibilities of using TMD for restraining vibration of the offshore floating wind turbine.