双重单面碰撞调谐质量阻尼器参数优化及减振性能分析

单面碰撞调谐质量阻尼器是一种由质量块、弹簧、粘弹性材料挡板组成的减振装置,通过碰撞耗能减小结构振动.为研究双重单面碰撞调谐质量阻尼器的优化参数和减振性能,建立单自由度结构与双重单面碰撞调谐质量阻尼器的运动方程,以动力放大系数的最大值最小化为优化指标,得到双重单面碰撞调谐质量阻尼器在不同质量比下的优化参数,分析自由振动和...     

滚动型单面碰撞调谐质量阻尼器参数优化及减振性能分析

滚动型单面碰撞调谐质量阻尼器是一种由小球、圆形轨道、黏弹性材料挡板组成的减振装置,通过小球与挡板的碰撞耗能以及小球与圆形轨道间的摩擦进行减振。基于Lagrange变分原理,建立单自由度结构与滚动型单面碰撞调谐质量阻尼器的运动方程,研究不同质量比下滚动型单面碰撞调谐质量阻尼器的参数优化,分析自由振动、简谐激励以及地震作用下滚动型单面碰撞调谐质量阻尼器的减振性能。结果显示,滚动型单面碰撞调谐质量阻尼器具有良好的减振效果。     

多重滚动碰撞式调谐质量阻尼器及其减振性能研究

在以往滚动碰撞式调谐质量阻尼器（PTRMD）的研究基础上,提出了一种能分散布设在空腔楼板预制腔体内的多重滚动碰撞式调谐质量阻尼装置（MPTRMD）。该方式隐藏了控制装置,不额外占用建筑的使用空间,不影响结构的布置和使用功能,且布置灵活,可根据优化情况在结构平面和高度方向上按需设置。同时,该装置将振子质量分散到多个阻尼器,使其在不影响减振性能的情况下做到控制装置小型化,从而对有大附加质量需求的质量阻尼器在技术上提供了可能。推导了设有该装置的受控系统动力学方程,并对其减振性能进行了研究。结果表明,所提多重滚动碰撞式调谐质量阻尼装置在不同布置方式下均能有效减小结构的动力响应,具有很强的耗能能力。对于阻尼器拆分数量的分析表明,将PTRMD的振子拆分后,在开始个数不多时阻尼器的控制效果快速提升,但随着数量进一步增多,达到一定程度后,其提升能力趋缓并出现下降趋势,存有一个最优区间。     

调谐双质阻尼器减振性能分析

由调谐质量阻尼器与惯质器组合形成的调谐双质阻尼器是一种新型减振装置。将惯质器简化为惯性质量和黏性阻尼器,建立单自由度结构-调谐双质阻尼器运动方程,研究调谐双质阻尼器的优化参数,分析自由振动和简谐激励下调谐双质阻尼器的减振效果。研究表明,调谐双质阻尼器具有比传统调谐质量阻尼器更好的减振效果。     

弹簧摆碰撞调谐质量阻尼器减震性能优化研究

为了提高弹簧摆碰撞调谐质量阻尼器(spring pendulum pounding tuned mass damper, SPPTMD)的减震性能,采用粒子群算法(particle swarm optimization, PSO)对其关键参数进行了优化。推导了SPPTMD减震系统的运动方程,同时建立了系统的仿真分析模型。选取阻尼器频率比、内共振系数和碰撞间隙为优化变量,以结构峰值响应最小为优化目标,编制了SPPTMD优化程序。对比了优化前后SPPTMD在不同场地上12条地震动作用下的减震效果。研究结果表明：SPPTMD的最优参数与场地类别相关;优化后阻尼器的减震性能有明显提高,其中,Ⅳ类场地优化效果最好。     

滚动碰撞式调制质量阻尼器及其减振性能研究

为了将装配式结构与结构减振控制技术相结合,提出了一种可以置入空腔楼板内部空间的滚动式带碰撞调制质量阻尼器耗能减振装置(PTRMD)。该装置结合了碰撞调制质量阻尼器(PTMD)及滚动式调制质量阻尼器(TRMD)的装置特点,由质量碰撞体(小球)、弧形轨道以及弧形轨道上的黏弹性限位装置构成。具有制作方便、布置灵活、鲁棒性强等优点,且不额外占用建筑的使用空间,不影响结构使用功能,能有效解决控制装置设置与建筑功能相冲突的矛盾。建立了设有该装置受控系统的动力方程,利用解析法和一种高精度直接积分法对方程进行求解。在此基础上分别研究了PTRMD对结构在自由振动、简谐激励及地震作用下的减振性能。结果表明:该装置可以有效地减小结构的动力响应,具有很强的耗能能力。     

颗粒碰撞环形调谐质量阻尼器的设计与实验

石化企业中缓冲罐、管道、压力容器及换热器等圆筒形设备普遍存在振动。采用低元化模型和等效质量辨识法,对调谐质量阻尼器在此类连续系统中的振动控制机理进行研究,设计一种便于安装的新型颗粒碰撞环形调谐质量阻尼器。理论推导阻尼器环向对称布置弹簧的综合刚度,测量颗粒碰撞阻尼系数,得到了最优调谐参数的阻尼器。运用MATLAB对不同阻尼比的阻尼器减振特性进行仿真,并设计悬臂钢结构圆筒模型作为振动控制对象。对结构1阶模态频率附近的振动控制情况进行实验,对比有无颗粒阻尼下的减振效果差异。结果表明,设计的颗粒碰撞阻尼器能够有效抑制圆筒设备各方向振动,且减振频带大幅度拓宽。这种环形设计思想和颗粒碰撞阻尼可以对调谐质量阻尼器提供更大的应用空间。     

永磁式电涡流调谐质量阻尼器的研制与性能试验

为了克服传统的调谐质量阻尼器 (TMD) 阻尼单元存在的易漏油等耐久性问题,研制了一种基于电涡流阻尼耗能的竖向TMD装置。其特点在于：电涡流阻尼无需与结构接触,没有任何摩擦;产生磁场的元件为永磁体,无需外界供电;所有构件都由金属材料制成,不存在老化等现象。此外,通过调整永磁体与导体板的距离,很容易实现TMD阻尼参数的后期调节,且不会影响TMD刚度参数。理论与试验结果研究表明,研制的新型TMD具有优良的阻尼特性,而且当磁场间隙较小时电涡流阻尼理论预测值与试验结果吻合较好。     

摩擦对滚动碰撞式调谐质量阻尼器的影响及其试验研究

对带碰撞的滚动式调谐质量阻尼器(PTRMD)中的滚动摩擦问题进行理论与试验研究。引入摩擦耗能机制,利用Lagrange变分原理推导了考虑振子滚动摩擦耗能的PTRMD控制方程,通过数值求解分析了滚动摩擦对阻尼器减振性能的影响。选取不同质地的滑道面材料,利用高速摄像和计算机图像处理技术对其滚动摩擦因数进行了实测,并制作了单自由度结构模型,对装有不同滑道面材料PTRMD的受控结构模型进行振动台试验,对其在自由振动、强迫振动及地震激励等工况下的摩擦效应进行研究和对比分析。结果表明,PTRMD中振子与轨道间的摩擦效应能提高PTRMD的耗能能力,有效改善其工作性能。且不论何种激励,在一定范围内滑道的滚动摩擦因数越大PTRMD的控制效果就越好,但滚动摩擦因数存在最优区间,太小或过大均不利于PTRMD的减振。     

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...     

质量调谐-颗粒阻尼器复合减振体系的力学解析及优化分析

针对调谐质量阻尼器(TMD)和颗粒阻尼器的减振特点及各自不足,提出将并联式单向单颗粒阻尼器(PSSPD)与TMD有机结合的复合减振技术方案—PSSPD与TMD并联体系.在深入剖析其减振特性的基础上,将颗粒与受控结构之间的碰撞力等效为脉冲力,建立复合减振体系力学模型和方程.采用时域和频域结合的方法并对模型进行分析并求解,...     

基于刚度连接双层调谐质量阻尼器的性能

提出了基于刚度连接的双层调谐质量阻尼器(SDTMD)装置。SDTMD是在双层调谐质量阻尼器(DTMD)的基础上,在主体结构与小质量块之间设置一个附加弹簧而构成。经定义SDTMD最优参数的评价准则,在频域内研究了质量比对SDTMD控制结构位移响应时最优参数和有效性以及冲程的影响;并与TMD、DTMD和基于阻尼连接双层调谐质量阻尼器(DDTMD)装置进行了比较。数值结果表明,SDTMD的控制有效性明显高于TMD、DTMD和DDTMD。     

一种新型调谐质量阻尼器的试验研究

用填充颗粒群的盒子代替调谐质量阻尼器的质量块,形成一种新型调谐质量阻尼器。通过对比单自由度排架不附加、附加该新型调谐质量阻尼器的自由振动,白噪声激励以及实际地震输入下的振动台试验,考察了该新型阻尼器对结构的减振控制效果。试验研究表明:颗粒的填充率对振动衰减影响明显,表现出双峰值的曲线特征;颗粒质量对衰减率的影响不明显,实际工程可以采用轻质颗粒材料;输入地震波能量与衰减率呈抛物线形。试验还从振型特性方面表明采用调谐颗粒阻尼器有利于减轻结构振动响应。     

管式变摩擦阻尼器的减振性能试验与数值模拟

提出了一种具有变刚度特征的管式变摩擦阻尼器,该阻尼器的主要部件包括套筒和装于其内并可来回移动的摩擦环。摩擦环外径略大于套筒内径,当摩擦环装入套筒后将产生装配应力,因而当摩擦环左右移动时接触面上将产生摩擦力。变摩擦的功能是通过在套筒壁中摩擦环初始所在部位适当开缝的方式实现的。由于在套筒壁中部开了缝,在其初始状态阻尼器套筒对内环几乎没有约束应力,这样在非工作状态套筒对内环之间的摩擦力就很小了。研究表明,在结构中安装这类变摩擦阻尼器以后,可以使得系统具有半主动变刚度的特征：即在结构偏离平衡位置时,阻尼器的套筒提供越来越大的围束力,导致套筒和内部摩擦环之间产生越来越大的摩擦力,从而能阻止结构位移增加;在结构返回平衡时,阻尼器提供反向摩擦力,其幅值逐渐减小,使结构在复位过程中振动速度得到抑制。对此种被动变摩擦阻尼器的性能试验和有限元数值模拟都证明在工程结构中应用该阻尼器能够达到主动变刚度控制效果,装置非常简单,而变刚度控制系统则是需要计算机和伺服反馈阻尼器支持的。由于该阻尼器构造简单,出力大,价格低廉,能够适应各种结构和机械工程减振控制的需求,因此具有很好的推广应用前景。     

带内置可旋转隔板的调谐液体阻尼器减振性能试验研究EI北大核心CSCD

对带内置可旋转隔板调谐液体阻尼器(tuned liquid damper,TLD)进行了振动台试验,首先对波高响应信号进行解耦分离,再采用不同方法识别液体晃动的模态频率和阻尼比,研究了隔板安装位置、隔板和晃动方向夹角(θ)对TLD减振性能的影响。结果表明,受隔板附加质量和耗能作用的影响,TLD的1阶模态频率和相应的模态响应随θ的增大而减小,但隔板附加模态质量对频率的影响还不足以达到导致系统失谐的程度。当θ小于60°时,TLD的1阶模态阻尼比随θ的变化而单调递增,最大可达到8%左右;当θ大于60°时,隔板所产生的阻尼作用弱化了1阶模态响应使晃动呈高阶模态形式,从而导致晃动频率大幅增大,这个结果和已有研究认为TLD晃动模态频率随着角度增加而逐步增大的结论有本质差别,意味着不能通过改变θ大小的方式来实现TLD的调谐,但改变θ可比较容易调节TLD的阻尼比使其达到振动控制所需要的最佳值。     

颗粒调谐质量阻尼器在竖直细长杆顶端的减振试验研究EI北大核心CSCD

针对航空测试设备涉及的一种竖直细长杆支撑结构的顶端振动问题,进行了基于颗粒调谐质量阻尼器的减振试验研究。该竖直细长杆为空心钢圆管结构,长细比43∶1;使用工况为两根一组,顶部共同带载,根部固定于回转装置,跟随回转装置做回转运动,回转半径2.5 m,回转速度0.1°/s;回转时细长杆顶端易产生振动,影响测试运动精度和支撑安全性;为解决该问题,设计了三种质量比的颗粒调谐质量阻尼器,应用至刚度较弱、振动较明显的空载单根细长杆顶端进行减振试验,验证阻尼器在该类型结构中的有效性。试验结果显示,单杆最大减振幅度可达31%。进一步针对实际应用工况下的带载双杆设计阻尼器并进行减振试验。结果显示,双杆最大减振幅度可达43%,减振效果良好。     

基于刚度-阻尼器主动多重调谐质量阻尼器模型的性能评价

提出了基于刚度一阻尼器主动多重调谐质量阻尼器(SD—AMTMD)新模型。利用导出的设置SD—AMTMD结构的传递函数，建立了设置SD—AMTMD结构的动力放大系数。于是SD—AMTMD最优参数和有效性的评价准则定义为：设置SD—AMTMD结构最大动力放大系数中最小值的最小化。SD—AMTMD冲程的评价准则定义为：SD—AMTMD的最大动力放大系数。基于定义的评价准则，研究了刚度比对SD—AMTMD最优参数、有效性和冲程的影响。为比较，同时考虑了AMTMD(即零刚度比的SD—AMTMD)的数值结果。     

颗粒碰撞阻尼器特性仿真分析与试验验证

引入颗粒碰撞阻尼器的耗散功率效率和有效动态质量的概念。基于稳态能量流法和EDEM仿真介绍颗粒阻尼器耗散功率效率、有效动态质量和等效黏性阻尼系数的确定方法,并利用颗粒阻尼器和附带阻尼器的简支梁的谐和强迫振动试验,验证颗粒阻尼器的减振效率以及特性参数测定、EDEM仿真分析的正确性。基于EDEM仿真技术,研究颗粒群质量、颗粒填充间隙、激励频率和阻尼器振动位移等主要参数对颗粒阻尼器耗散功率效率的影响,并得到相应的主设计曲线,可供有关设计人员参考。     

基于可控冲程主被动调谐质量阻尼器的性能

提出了基于可控冲程的主被动调谐质量阻尼器(简称为CS-APTMD)。CS-APTMD是在主被动调谐质量阻尼器(APTMD)的基础上,在主体结构与小质量块之间设置一个附加粘滞阻尼装置而构成;经定义CS-APTMD的最优参数评价准则,在频域内,数值研究了在控制结构位移响应时质量比对CS-APTMD最优参数和有效性以及冲程的影响;并与APTMD的结果进行了比较。数值分析表明,CS-APTMD的控制性能显著地优于APTMD。     

杠杆式调谐质量阻尼器对双吊索尾流致振的减振优化

围绕双索股长吊索整体风致振动及其减振控制问题,开展了节段模型风洞试验和基于杠杆式调谐质量阻尼器的减振设计和试验研究。通过节段模型测振风洞试验,研究了悬索桥双圆柱索股的整体风致振动特性及其不稳定区间;推导了考虑自激力作用的吊索整体振动杠杆式调谐质量阻尼器最优设计参数,并分析了各参数对减振效果的影响;根据最优参数设计了杠杆式调谐质量阻尼器,进行了双吊索整体尾流致振的控制实验,验证了各参数对减振效果的影响。结果表明:双吊索在6°-10°风攻角区间发生了大幅风致振动;与基于简谐力外荷载作用的TMD优化相比,按基于自激力作用的运动方程进行TMD参数优化,能显著减少抑制尾流致振的TMD质量比;杠杆式调谐质量阻尼器能有效提高双吊索整体风致振动起振风速,阻尼器参数偏离会降低减振效果,其中频率偏差影响最为明显。