分布式TMD对双密频结构的减振研究

针对密集频率结构的减振问题,以典型的2自由度对称结构为例,研究基于H2性能的梯度优化法对密集模态振动减振的分布式TMD(tuned mass dampers)的参数优化和减振效果。建立适合闭环静力反馈控制的组合系统模型,将基于H2性能的梯度优化法扩展至分布式TMD的参数优化;定义针对密集模态振动的控制输出和无量纲评价指标,分析了控制输出的模态控制权重对优化参数和评价指标的影响,指出能使评价指标峰值相等的模态控制最优权重,进一步给出优化参数和评价指标随模态密集度的变化规律;与经典方法对TMD的设计相对比,分析和验证了基于H2性能优化的分布式TMD的良好减振效果,并确认在TMD个数增多时基于H2性能的梯度优化法将具有更佳的优化效果。     

ATMD对斜拉桥抖振减振的控制设计模型研究

对斜拉桥的大幅风致抖振宜采用ATMD(active tuned mass dampers)减振,且为实现控制器设计需建立针对复杂模型降阶后的控制设计模型。在建立风荷载作用下斜拉桥与ATMD组合系统模型的基础上,将Hankel范数与模态分析相结合,提出目标含义明确且考虑外激励影响的ATMD/传感器配置指标,以及能够同时表征结构振动的可控可观性能和外激励影响程度的模态选择指标;采用模态叠加法,实现在控制设计模型的模态组成中模态阶次的准确定位和构成,并使模型具有良好的可控可观性能。以南京长江三桥的抖振减振为例,给出了ATMD/加速度传感器的配置优化和模态选择的实施过程,建立了ATMD对斜拉桥抖振减振的控制设计模型。数值计算结果表明,所建的控制设计模型的动力性能与原系统模型有较好的一致性。     

基于频域分析方法的梁-TMDI系统的振动控制研究

采用调谐质量阻尼器惯性(tuned mass damper inerter, TMDI)对梁结构进行减振控制,推导了地震加速度激励下梁结构位移响应解析式和移动力作用下梁结构位移响应解析式。给出了梁-TMDI系统的最优参数,并进行参数敏感性分析,然后通过数值分析研究了TMDI系统的控制效果,并对比了TMDI系统与调谐质量阻尼器(tuned mass damper, TMD)系统的减振效果。研究结果表明:由频域法得到的梁结构振动位移响应谱能有效地反映梁结构位移响应;利用增广拉格朗日参数优化法可以准确地获得使梁结构振动响应最小的参数;TMDI系统的敏感性受惯性器控制,惯性器对其鲁棒性影响明显;TMDI系统减振性能明显优于常规TMD系统。     

考虑土-结构相互作用的海上风力机结构振动控制研究EI北大核心CSCD

利用耦合线性弹簧模型模拟桩基础和土体之间的相互作用,基于海上风力机整体结构耦合运动模型开发了可考虑土-结构相互作用的固定式海上风力机结构振动控制程序。选取5-MW单桩基础海上风力机为研究对象,基于不同边界条件样本风机动力反应特性完成了机舱位置调谐质量阻尼器(tuned mass damper,TMD)参数设计;基于海上风力机结构时频域响应变化规律及控制率揭示了TMD的减振机理及土-结构相互作用对于减振效果的影响。通过对比得出:考虑土-结构相互作用对海上风力机结构调谐质量阻尼器设计至关重要。     

高耸烟囱风致振动的TPIMS减振数值分析EI北大核心CSCD

以某高耸烟囱为工程背景,提出了一种预测三维烟囱涡振响应的新方法。通过该方法可有效避免复杂的公式推导与数值计算;经连续随机离散流技术(consistent discrete random inflow generation,CDRFG)模拟紊流风场,建立两种减振系统的有限元模型,计算对比惯容减振系统(tuned parallel inerter mass system,TPIMS)与调谐质量阻尼器(tuned mass damper,TMD)的风致振动减振效率。结果表明:新的预测方法能较准确地预测三维烟囱的涡振响应;基于相同质量比,惯容减振系统相比TMD有更高的减振效率,但其存在质点行程过大的问题,需要在具体工程设计中加以关注。     

基于拓扑布置的超高层建筑TTMDI风致振动控制EI北大核心CSCD

为解决超高层建筑在强风作用下遭受涡旋脱落的影响可能会出现大幅振动问题,提出将高性能串并联调谐质量阻尼器惯容器(tuned tandem mass dampers-inerters,TTMDI)系统用于超高层建筑横向风致振动控制。在频域内,推导出超高层建筑-TTMDI系统的峰值响应公式,进而定义优化准则,并采用模式搜索法进行控制装置参数寻优。以某超高层建筑为例,考虑TTMDI系统的不同拓扑形式和总惯容质量比,分别从其控制有效性、刚度和阻尼系数、冲程、惯性力和鲁棒性方面,对TTMDI性能进行评估,并与调谐质量阻尼器(tuned mass damper,TMD),串并联调谐质量阻尼器(tuned tandem mass dampers,TTMD)和调谐质量阻尼惯容器(tuned mass damper-inerter,TMDI)进行比较。数值结果表明:TTMDI具有更好的风致振动控制有效性和鲁棒性;此外,当拓扑或总惯容质量比增大到一定程度时,TTMDI只需要一个连接阻尼;而且,TTMDI系统对总阻尼的需求不到TMDI系统的一半,更易于实现。     

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。     

一种新型风电塔架结构用双向TMD风致响应减振控制研究

为了减小风荷载作用下风电结构动力响应,提出一种双向调谐质量阻尼器(tuned mass damper,TMD)并对其减振效果展开研究。采用Davenport脉动风功率谱,模拟陆上风电场的脉动风速。建立顶部集中质量有限元模型和考虑风电结构叶片与塔筒耦合的叶片-塔筒有限元模型,计算两种模型的自振特性,并对安装双向TMD的风电结构的响应进行分析。分析结果表明:该装置具有较好减振效果;在两种不同计算模型下,风电结构塔筒顶部位移、加速度和底部弯矩计算结果及控制效果一致;在叶片-塔筒模型中,由于叶片-塔筒模型中叶素力与轮毂中存在偏心,使得叶片-塔筒模型顶部弯矩相比集中质量模型顶部弯矩较大。     

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...     

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。     

多重双频率调谐质量阻尼器制振性能及对桥梁抖振的控制

DTMD是一种新型的具有双频率的调谐质量阻尼器,与普通TMD相比,可以同时实现对主梁竖向和扭转振动的控制,具有较高的控制效率,但DTMD与TMD相似,控制效率对参数失调较敏感。基于Scanlan多模态耦合抖振理论,提出桥梁多模态耦合抖振多重DTMD控制理论,列式中考虑了多模态参与作用和模态间气动耦合效应,并编制了多重DTMD抖振控制和参数分析程序。最后以一座斜拉桥为算例,研究了多重DTMD的制振性能,讨论了多重DTMD频率带宽、DTMD个数和阻尼比等参数对控制效率的影响,并对多重DTMD的设计提出建议。     

基于智能阻尼器的大跨度斜拉桥多支承激励地震振动控制

以磁流变阻尼器作为控制装置,采用Clipped-Optimal控制算法,分析Benchmark斜拉桥在受到多点地震激励下的半主动控制效果;分析了同一主动控制系统在控制斜拉桥分别受到一致激励和多点激励情况下的控制效果,并与半主动控制效果进行了比较。由于磁流变液阻尼器为可控制耗能装置,并不增加受控体系的机械能,在本质上可以保证控制系统的稳定性。数值分析表明:该半主动控制策略可以取得与主动控制相当的控制效果,甚至在某些方面还超过主动控制系统,因此,磁流变阻尼器可以有效地控制受到多点激励的大跨度斜拉桥地震振动。     

基于多模态耦合颤振理论桥梁颤振MTMD控制鲁棒性分析

基于多模态耦合颤振理论和结构的固有模态坐标,导出带有多重调谐质量阻尼器(MTMD)桥梁系统颤振运动微分方程。通过将系统广义位移和速度作为状态空间向量,进一步将系统颤振运动微分方程转化为状态空间方程,最后将带MTMD桥梁颤振问题归结为数学上一个非对称实矩阵的广义特性值问题,并编制了多模态耦合颤振MTMD控制和参数分析程序。以崖门斜拉桥为算例,分析了MTMD对桥梁颤振控制的有效性和鲁棒性,计算结果表明与传统TMD相比,MTMD具有更高的鲁棒性。     

多重调谐质量阻尼器参数优化的一种改进算法及其应用

提出了一种抑制主系统风振响应为主兼顾质量调谐阻尼器(TMD)子系统相对位移响应的参数优化算法,据此对控制九江桥吊杆风振的多重调谐质量阻尼器(MTMD)系统的参数优化设计进行了研究,结果表明:按通常以主系统响应最小为目标的MTMD参数优化算法所得的参数,TMD子系统的相对位移响应过大,其构件易疲劳损伤,影响减振效果,增加维护成本.按改进后的优化算法,可获得更合理的结果.     

Robust design of tuned mass dampers installed on multi-degree-of-freedom structures subjected to seismic action

This study deals with robust optimum design of tuned mass dampers installed on multi-degree-of-freedom systems subjected to stochastic seismic actions, assuming the structural and seismic model parameters to be uncertain. A new global performance index for evaluating the efficiency of protection systems is proposed, as an alternative to commonly used local performance indices such as the maximum interstorey drift. The latter can be considered a good estimator of seismic damage, but it does not measure the whole structural integrity. The direct perturbation method based on first order approximation is adopted to evaluate the effects of uncertainties on the response. The robust design is formulated as a multi-objective optimization problem, in which both the mean and the standard deviation of the performance index are simultaneously minimized. A comparison of the effectiveness and robustness of tuned mass dampers designed using local or global performance indices is carried out, considering different levels of uncertainty.     

单斜面索拱支承曲梁人行桥人致振动控制研究

进行了一种单斜面索拱支承曲梁人行桥的人致振动控制研究。在人行桥的初始状态及静动力特性基础上,模拟了随机人群荷载作用下人行桥的振动响应,参数化地研究了调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper,TMD)的减振作用,考虑了TMD不同质量比、刚度、阻尼参数以及布置方式的影响。在TMD装置安装前后对人行桥进行实地动力测试,测试了结构减振前后的模态特性以及在单人、多人和人群荷载工况下的振动响应,讨论了TMD装置对该类型人行桥的减振效果。结果表明:减振后结构关键模态阻尼增大为减振前的4.14倍;单人步行和跑动工况下,通过设置TMD,结构加速度峰值下降31.1%～55.9%,加速度均方根下降36.4%～52.0%;多种人群步行工况下,结构竖向加速度峰值最大为0.41 m/s~2。研究结果表明单斜面索拱支承曲梁人行桥刚度较柔,TMD对控制该类型人行桥结构人致振动具有很好的效果。     

永磁调节式MR阻尼器试验研究及工程应用

设计制作了永磁调节式MR阻尼器，在专用加载试验台上对该阻尼器的力学性能进行了试验研究，分析了影响阻尼力的各种因素，对永磁式MR阻尼器和油阻尼器、橡胶阻尼器进行了拉索减振的现场对比试验研究。结果表明，所设计制作的永磁式MR阻尼器阻尼力可调范围大，比油阻尼器具有更好的温度稳定性和更大的耗能减振能力，能保证每根拉索取得最优的减振效果。该阻尼器巳成功应用于长沙洪山大桥，解决了该桥严重的风致振动问题。     

多塔斜拉桥风致抖振响应的粘滞阻尼器控制研究

以六塔斜拉桥型的嘉绍大桥为工程背景,基于ANSYS瞬态动力学分析功能进行了嘉绍大桥风致抖振响应的非线性时域分析,在此基础上研究了采用粘滞阻尼器的多塔斜拉桥结构减振控制效果。研究结果表明：1) 多塔斜拉桥主梁和桥塔风振控制存在最大减振率,阻尼指数α愈小,最大减振率对应的阻尼系数c也愈小;2) 嘉绍大桥主梁跨中处设置刚性铰使主梁横桥向抖振响应显著增大,设置粘滞阻尼器后主梁中跨横向位移的最大减振率达到近50%;3) 嘉绍大桥采用次边塔与主梁固结的部分约束体系,使得次边塔的塔底内力明显大于其余塔的塔底内力,设置粘滞阻尼器后次边塔塔底内力的最大减振率达到近55%;4) 设置粘滞阻尼器使得多塔斜拉桥各塔和各梁跨的风振响应幅值趋于一致。因此,对于抖振响应相对较小的塔和梁跨其减振效果相对较小。     

弹塑性钢阻尼器对中等跨径斜拉桥横桥向减震效果的振动台试验研究

为了研究弹塑性钢阻尼器对中等跨径斜拉桥横桥向的减震效果,该文以某一典型中等跨径混凝土斜拉桥为研究对象,设计了1/20全桥试验模型,通过改变塔梁、墩梁横桥向的连接方式,建立了固结体系和采用弹塑性钢阻尼器的减震体系两种试验模型,采用Chi-Chi波和场地人工波进行了横桥向四台阵全桥振动台试验。试验结果表明：相对于固结体系而言,横桥向采用弹塑性钢阻尼器的减震体系利用弹塑性钢阻尼器良好的滞回耗能性能,可以有效地减小塔顶位移和塔底应变,具有良好的减震效果,是合理的抗震体系之一。