固定式导管架平台的H2振动控制技术研究

基于H2控制原理，研究了在无法获得海洋平台精确数学模型时仍能实施有效控制的振动控制技术。通过采用一滤波器来近似随机波浪力的设计方法，解决了将H2控制原理应用于海洋平台振动控制中非高斯白噪声的输入问题。此外，为了更清晰地描述海洋平台所具有的不确定性，在建立其数学模型时，将模拟随机波浪力的噪声与模型噪声分开表示。以一典型的固定式导管架平台为数值算例，研究了该控制方法对固定式导管架平台振动的控制效果，并对系统的不确定性进行了敏感性分析。仿真结果表明，该控制方法对固定式导管架平台在随机波浪荷载作用下出现超大振动的控制是有效的，并具有一定的鲁棒性能。     

波浪荷载作用下导管架海洋平台利用TLCD的振动控制

海洋平台是海洋能源开发的基础设施,除了安全性、稳定性要求之外,其舒适性也是倍受关注的问题之一.调液柱型阻尼器(tuned liquid column damper简称TLCD)通过液体在柱内的晃动从而消耗输入到平台结构的能量,以达到减小平台结构响应的目的.文中对安装有调(TLCD)的导管架海洋平台进行了振动控制分析.假设波浪荷载模型分别为高斯平稳白噪声过程和波浪谱模型,利用随机振动理论对不同的波浪荷载模型分别进行TLCD的参数优化,从而比较平台结构位移响应的减振率.为了更好地反映实际波浪特点,在采用波面谱的同时引入波浪的方向谱,比较计入波浪方向分布对结构响应控制的影响.     

隔震独桩平台地震反应的半主动磁流变阻尼器控制研究

提出了一种具有隔震构造的独桩平台型式，并采用半主动磁流变阻尼器对其地震反应进行控制。数值计算结果表明，半主动磁流变阻尼器可以有效地控制隔震独桩平台在地震作用下的位移反应。     

漂浮式风力机结构动力学响应TMD控制及其参数优化研究

漂浮式风力机的稳定性研究已成为风电领域中颇具挑战性的问题。分别采用湍流风谱和波浪谱方法建立速度、方向均剧烈波动的湍流风和不规则波,以ITI Barge平台漂浮式风力机为研究对象,提出在机舱配置调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper,TMD)对风力机进行稳定性控制,基于气动-水动-伺服-弹性仿真平台FAST计算了风波联合作用下TMD风力机的动力学特性,并进一步采用多岛遗传算法对TMD诸结构参数(质量、刚度和阻尼)进行优化设计。结果表明:机舱配置TMD可实现漂浮式风力机稳定性的控制,平台横荡、横摇运动幅度和塔尖侧向位移均明显减小;塔尖侧向位移及平台横摇幅值随TMD质量增加均呈现出先减小后增大的趋势,阻尼及刚度变化对其影响较小;质量为21 393kg、阻尼为13 635 N/(m/s)及刚度为6 828 N/m为最优的TMD结构参数;配置优化TMD后,漂浮式风力机横摇运动及塔尖侧向位移降低效果更明显,稳定性分别提高了约53%和50%;计算结果验证了所提出TMD控制、优化方法及优化结果的有效性和可靠性,可为海上漂浮式风力机的稳定性研究提供参考。     

漂浮式风力机结构动力学响应TMD控制及其参数优化研究EI北大核心CSCD

漂浮式风力机的稳定性研究已成为风电领域中颇具挑战性的问题。分别采用湍流风谱和波浪谱方法建立速度、方向均剧烈波动的湍流风和不规则波,以ITI Barge平台漂浮式风力机为研究对象,提出在机舱配置调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper,TMD)对风力机进行稳定性控制,基于气动-水动-伺服-弹性仿真平台FAST计算了风波联合作用下TMD风力机的动力学特性,并进一步采用多岛遗传算法对TMD诸结构参数(质量、刚度和阻尼)进行优化设计。结果表明:机舱配置TMD可实现漂浮式风力机稳定性的控制,平台横荡、横摇运动幅度和塔尖侧向位移均明显减小;塔尖侧向位移及平台横摇幅值随TMD质量增加均呈现出先减小后增大的趋势,阻尼及刚度变化对其影响较小;质量为21 393kg、阻尼为13 635 N/(m/s)及刚度为6 828 N/m为最优的TMD结构参数;配置优化TMD后,漂浮式风力机横摇运动及塔尖侧向位移降低效果更明显,稳定性分别提高了约53%和50%;计算结果验证了所提出TMD控制、优化方法及优化结果的有效性和可靠性,可为海上漂浮式风力机的稳定性研究提供参考。     

结构—TMD系统抗震的优化参数研究

本文研究结构－TMD（调谐质量阻尼器）系统地震反应控制中参数的优化设计问题,包括TMD在结构上的最佳位置、最佳频率、最佳阻尼等参数值以及TMD对与其非调谐结构振型地震反应的作用进行了分析,导出了最优参数的近似计算式,为TMD在结构抗震方面的设计提供了理论依据。     

波浪传播方向对导管架海洋平台模态识别的影响及对策

为了提高不规则波载荷下海洋平台的模态识别精度,通过分析波浪传播方向上的桩腿间距对平台波浪合力频率特性的影响规律,针对4桩腿导管架平台提出了一种寻找波浪合力峰频与谷频的方法,并在该方法的基础上针对各个低阶模态识别提出了选择合适的波浪入射角范围来避免波浪合力有色噪声干扰的方法。然后通过对一个典型的4桩腿导管架平台的数值模拟分析,验证了寻找平台波浪合力峰频与谷频的方法,分析了波浪合力峰频与谷频对模态识别的干扰规律,并针对3个低阶模态找出了适合模态识别的波浪入射角范围。     

海洋工作平台波浪补偿控制模型的建立

传统的波浪补偿设备以补偿升沉方向的扰动为主,波浪补偿精度较低,为了更好地补偿海浪对船舶的非线性扰动,提高波浪补偿技术的精确度,本文使用SolidWorks建立了Stewart并联六自由度平台的三维模型,对波浪补偿控制系统的设计及仿真分析进行了研究。首先,本文介绍了双层并联六自由度运动平台结构设计,对海洋波浪补偿试验装置进行了分析,列出了上、下Stewart平台的运动参数。其次,建立了双层并联六自由度平台动力学模型,并建立了六自由度运动平台的坐标系,描述了各坐标系间的变换关系。最后,利用MATLAB进行动力学仿真,设置了双层六自由度并联运动平台的模型参数。     

非线性被动动力减振器对高耸结构风振控制的实用设计方法

以两个被控结构风振反应的控制效果相等为原则，本文建立了非线性被动动力减振器对高耸结构脉动风振反应控制的等效TMD方法。文中利用求出的等效TMD动力参数和TMD对结构风振反应控制效果等效结构阻尼比的概念，提出了基于中国荷载规范的非线性被动动力减振器对高耸结构风振控制的设计方法。     

高层结构TMD风振控制最优参数的取值研究

本文对高层建筑TMD风振控制最优参数设计方法进行了初步探讨。利用数值迭代法给出了TMD最优参数实用设计表格，为TMD设计提供了依据。     

用MTMD控制结构的振动

本文研究了用ＭＴＭＤ控制结构振动的计算方法,计算和分析表明,通过合理的参数选择,ＴＭＤ可以有效的减小结构的动力响应,与单ＴＭＤ相比ＭＴＭＤ具有适用范围更广、更易于实现、稳定性更好等优点。     

TMD-基础隔震混合控制体系在近场地震作用下的能量响应与减震效果分析

基于能量平衡原理对近场地震作用下TMD-基础隔震混合控制体系进行了能量响应分析,研究了不同脉冲周期地震作用下混合控制体系的减震效果。采用Bouc-Wen模型模拟隔震层的非线性力-变形行为,建立了TMD-基础隔震混合控制体系的运动方程和相对能量平衡方程。以某八层基础隔震结构为算例,运用四阶龙格-库塔法和梯形法分别对结构安装TMD前后的非线性地震响应和能量响应进行求解,分析了混合控制体系中输入能量的变化和耗散过程。分析结果表明：以隔震层峰值位移作为控制对象时,TMD的控制效果并不好;从能量的角度来看,TMD对主结构的输入能,特别是隔震层滞回耗能的控制非常有效,这是因为TMD的阻尼耗散了体系中的大部分输入能;不同脉冲周期地震作用下TMD的减震效果差别较大,对TMD最优参数进行求解时应考虑地震动特性的影响。     

双向非均质土中填砂竹节管桩纵向振动理论与试验研究

填砂竹节管桩是一种新型复合桩基,通过竹节管桩、桩周填砂层和地基土共同承担上部荷载。基于考虑竖向波动效应的轴对称黏弹性土体模型研究其桩顶动力响应。利用虚土桩模拟桩底土体的支承作用,并对桩周介质进行径向和纵向分层,而后利用连续条件推得桩和桩周介质界面接触应力,根据拉氏变换和阻抗传递函数计算复合桩基桩顶阻抗解析解和速度时域响应半解析解,并讨论填砂层和竹节参数的影响;将理论曲线与现场试验实测曲线进行对比,结果表明,理论曲线和实测曲线吻合较好,所建模型能够反映实际工况下填砂竹节管桩的动力响应。研究成果对于填砂竹节管桩纵向振动的理论研究及工程应用具有一定的参考价值。     

电动式主动吸振技术研究

研制了一种电磁式主动吸振器,并将之与被动双层隔振系统的结合形成组合减振装置,针对船舶柴油机的振动特点,开发了基于MLMS算法的自适应控制器,进行了数值仿真及模拟柴油机要机台架减振效果振,试验结果表明,该装置对复杂振动具有良好的控制控制效果。     

湍流边界层激励下加筋平板振声响应特性研究

船舶、汽车和飞机等高速运动时,其外壳受湍流边界层壁面脉动压力激励而产生的内场声辐射成为该类交通工具自噪声的重要成分。基于模态叠加法计算结构振动响应。采用湍流壁面脉动压力功率谱Corcos模型,计算了外侧气流或水流湍流边界层激励下简支平板振动及内场辐射声,计算值与解析解和试验值吻合良好,验证了算法的有效性。采用湍流壁面脉动压力功率谱改进型Corcos模型,研究了外侧水流湍流边界层激励下平板及板格的振声响应特性,结果表明:水流马赫数低,壁面脉动压力迁移波数大于平板结构弯曲波数,壁面脉动压力波数-频率谱的迁移脊对平板的激励作用可以忽略;横向或纵向加筋对板格振动速度自功率谱级基本无影响;减小板格宽度与长度之比,适当增大板格流向长度可使平板振动辐射声功率在2 000 Hz以上明显降低。     

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。     

管桩屏障在柱面波源下近场隔振效应的解析求解

基于波函数展开法表示柱面波源自由场,首次提出了一种求解柱面波源下管桩屏障对弹性波隔振效应的解析方法。方法首先考虑柱面波源与管桩屏障的位置关系,采用波函数展开法对入射柱面波进行了0阶Hankel展开表示,并采用任意坐标系间变换的Graf加法定理在任意桩体坐标系中表示,将入射波场和散射波场叠加后通过满足所有桩体的边界条件以求解所有桩体的散射波场。该解析方法分析了柱面波源入射下群桩屏障的隔振效果,首次在排桩隔振问题中考虑了入射波曲率的影响,为柱面波的散射问题提供了理论解答。该文重点讨论了入射波曲率、管桩个数和桩排数等因素对管桩隔振效果的影响,结果表明：整体上管桩屏障对柱面P波的隔振效果优于柱面SV波;柱面波源距离管桩屏障更近时排桩后场地的位移反应显著增大;相比平面波,柱面波源作用下排桩数量的提升对隔振效果的影响较小;三排管桩屏障比两排管桩屏障隔振效果更强,更宜采用三排管桩屏障进行柱面波源的隔振。     

液体质量双调谐阻尼器（TLMD）的设计方法研究

基于结构动力学和流体力学原理,对液体质量双调谐阻尼器(TLMD)的减振机理和计算公式作了推导,归纳了TLMD的设计方法。在此基础上,结合调谐质量阻尼器(TMD)的有限元模型,以及单自由度体系在给定初位移的自由振动试验,检验了TLMD设计方法的可行性与准确性。试验结果表明TLMD减振效果的试验值与模拟值吻合较好,且近似为调谐液体阻尼器(TLD)和TMD的叠加,整个设计过程较为简便。最后以30层钢框架结构的地震响应控制为例,演示了应用TLMD减震的设计过程。     

Reliability based optimum design of Tuned Mass Damper in seismic vibration control of structures with bounded uncertain parameters

A reliability based optimization of Tuned Mass Damper (TMD) parameters in seismic vibration control under bounded uncertain system parameters is presented. The study on TMD with random parameters in a probabilistic framework is noteworthy. But, it cannot be applied when the necessary information about parameters uncertainties is limited. In such cases, the interval method is a viable alternative. Applying matrix perturbation theory through a first order Taylor series expansion about the mean values of the uncertain parameters’ conservative dynamic response bounds are obtained assuming a small degree of parameter uncertainty. The first-passage probability of failure of the system is taken as the performance objective. Using the interval extension of the performance objective, the vibration control problem under bounded uncertainties is transformed to the appropriate deterministic optimization problems yielding the lower and upper bound solutions. A numerical study is performed to elucidate the effect of parameters’ uncertainties on the TMD parameters’ optimization and the safety of the structure.