Wind-Vortex-Induced Vibrations of a Deepwater Jacket Pipe and Vibration Suppression Using a Nonlinear Energy Sink

The purpose of this study is to investigate the suppression effect of a nonlinear energy sink(NES)on the wind-vortex-induced pipe vibration and explore the influence of damping,stiffness,and NES installation position on the suppression effect.In this work,the wind-vortex-induced vibration of an elastic pipe of a deepwater jacket was studied,and vibrations were suppressed by using an NES.A van der Pol wake oscillator was used to simulate vortex-induced force,and the dynamic equation of the pipe considering the NES was established.The Galerkin method was applied to discretize the motion equation,and the vortex-induced vibration(VIV)of the pipe at reduced wind speeds was numerically analyzed.The novelty of this research is that particle swarm optimization was used to optimize the parameters of the NES to improve vibration suppression.The influence of the installation position,nonlinear stiffness,and damping parameters of the NES on vibration suppression was analyzed.Results showed that the optimized parameter combinations of the NES can effectively reduce wind-vortex-induced pipe vibration.The installation position of the NES had a significant effect on vibration suppression,and the midpoint of the pipe was the optimal NES installation position.An increase in stiffness or a 10% decrease in damping may cause vibration suppression failure.The results of this study provide some guidance for VIV suppression in deepwater jacket pipes.

基于部分模型辅助LADRC的电磁轴承-飞轮转子系统振动抑制

针对电磁轴承支承的飞轮转子系统振动抑制问题,提出了一种部分模型辅助线性自抗扰控制方法,建立考虑陀螺效应和不平衡力的刚性飞轮转子系统径向四自由度二阶数学模型,将各自由度二阶模型中的本自由度项作为已知信息辅助线性扩张状态观测器的设计,其他自由度项和不平衡力作为外界扰动,并设计线性状态误差反馈控制律对总扰动进行实时补偿。仿真结果表明,所提方法能以更低的观测器带宽达到与线性自抗扰控制相同的控制性能,并实现飞轮转子径向4个自由度之间的有效解耦,比分散PID控制具有更好的动态性能和抗干扰能力,可实现转子全转速范围内振动的有效抑制。

一种钢筋-沥青复合隔震层的性能

针对广大农村民居低矮房屋抗震能力普遍不足的现状,根据结构隔震理论,提出了一种廉价、施工简便的钢筋-沥青复合隔震层。并以刚体质量块代替刚度较大的砌体建筑物,进行了振动台的模拟试验。结果表明,在不同加速度幅值地震波输入下,由于隔震层吸收了大部分的地震能量,质量块顶部加速度衰减40%-60%,具有较好的减震效果;在加速度幅值为0.30g以下时,隔震层钢筋处于弹性工作状态,在振后能自动复位,并能较好的满足“小震不倒”要求。加速度衰减系数βα随台面输入加速度峰值的增大而整体上呈增大趋势,隔震层上梁和下梁之间的相对位移随台面加速度幅值的增大而增加。

桩-土动力相互作用对连续梁桥半主动控制的影响研究

建立刚性地基和桩土相互作用两种模式的整体桥梁有限元模型,在桥梁支座部位设置线性粘滞阻尼器,计算桥梁在地震动作用下未施加控制和半主动控制的地震反应,探讨了桩土动力相互作用对连续梁桥地震反应半主动控制的影响以及半主动控制的减震效果。结果表明,桩土动力相互作用使连续梁桥自振周期增大,半主动控制的减震效果也相应增大,而最终的桥梁最大位移反应数值比较接近,最大内力数值更加减小,桩土动力相互作用对连续梁桥半主动控制系统减震效果的不利影响非常小,充分显示了半主动控制的优越性。

科隆蛋扣件区段双重钢轨吸振器对钢轨波磨的抑制效果研究

目的研究科隆蛋区段双重钢轨吸振器对钢轨波磨的抑制效果。方法首先,结合现场建立轮对-钢轨-吸振器系统的有限元模型。然后,基于摩擦自激振动理论,采用复特征值法与瞬时动态法对单重和双重钢轨吸振器的抑制效果进行对比。进而,采用谐响应分析探究双重钢轨吸振器对钢轨波磨抑制效果提高的原理。最后,对双重钢轨吸振器的关键连接参数进行参数化分析,基于最小二乘法对其进行多参数拟合求最优解。结果轮轨系统有3个不稳定振动频率228.57、480.97、1181.60 Hz,单重钢轨吸振器对其的抑制效果分别达到了15.20%、100%、20.19%,双重钢轨吸振器对其的抑制效果达到了15.20%、100%、100%。双重钢轨吸振器调谐频率分别为183.64、473.62 Hz。对比参数优化前后,经过优化连接参数后的轮对-钢轨-吸振器系统的复特征值实部较小,为33.683。结论双重钢轨吸振器因其2个调谐频率能更好地抑制轮轨系统的多个不稳定振动频率,从而对钢轨波磨的抑制效果更好。减小连接刚度和增大连接阻尼能提高其对钢轨波磨的抑制效果。当双重钢轨吸振器的下质量块垂向刚度为22.7×107 N/m、上下质量块垂向刚度为1.856×107 N/m、连接阻尼为6 N·s/m时,能有效地抑制科隆蛋扣件区段钢轨波磨的产生。

斜拉桥涡激扭转振动的被动控制

分析了调质阻尼器（ＴＭＤ）对柔性桥梁涡激扭转振动的阻尼效果．在基于准定常运动假设的前提下，给出了附加在桥梁桥面两侧的二排ＴＭＤ情况下的桥梁涡激扭转“锁定”区域的非线性运动方程的近似解．通过算例和对ＴＭＤ的参数分析，给出了ＴＭＤ对涡激扭转振动的最优“调谐”计算公式．

大跨飘浮体系斜拉桥减震控制研究

以一座大跨斜拉桥为实例,建立其有限元模型计算分析了主动控制、半主动控制和被动控制对飘浮体系斜拉桥的减震效果,并分析了地震行波效应对斜拉桥地震反应的影响。结果表明,不同频谱成分的地震动输入显著影响三种控制方法的减震效果;半主动控制对于该斜拉桥整体地震反应的控制效果优于始终提供最大阻尼力的被动控制;行波效应对该斜拉桥无控制和有控制地震反应的影响基本相同,并且行波效应对三种控制方法减震效果的不利影响很小。这为漂浮体系斜拉桥的减震控制提供了理论上的指导。

斜拉桥减震控制算法研究

研究目的:以一座大跨漂浮体系斜拉桥为实例,建立有限元模型进行斜拉桥地震反应半主动控制、主动控制和被动控制计算分析。探讨不同减震控制算法对斜拉桥地震反应控制效果的影响,为实际工程中的斜拉桥减震提出理论上的建议。研究结论:各种减震控制方法并不能使桥梁全部地震反应都能得到控制,而是使得桥梁大部分地震反应减小,同时却放大塔底剪力等另外部分地震反应;8种减震控制算法中,最大阻尼力被动控制算法的减震效果相对最好,半主动界限Hrovat控制算法、主动控制和被动控制没有出现加速度放大效应,而其它半主动控制算法会产生不同程度的加速度放大效应。

大跨斜拉桥减震控制分析

研究目的:对设置阻尼器的斜拉桥进行地震反应数值模拟,为半主动控制和被动控制在大跨斜拉桥减震中的应用提供理论指导。研究方法:以一座大跨斜拉桥为实例,通过建立其有限元模型计算分析主动控制、半主动控制和被动控制对飘浮体系斜拉桥的减震效果,并分析地震行波效应对斜拉桥地震反应的影响。研究结论:半主动控制和被动控制对该斜拉桥的大部分地震反应均能取得良好的控制效果,但是使得桥梁塔底剪力等部分地震反应增大;不同频谱成分的地震动输入显著影响斜拉桥的地震反应和控制方法的减震效果;行波效应对斜拉桥主梁具有不利影响,但对桥塔抗震有利,并且对3种控制方法减震效果的不利影响很小。

桥梁减震半主动控制算法比较与分析

总结了六种半主动控制算法,采用磁流变阻尼器,对一座大跨刚构-连续桥梁进行了半主动控制和主动控制地震反应分析,比较分析了半主动控制算法对地震反应控制效果的影响。结果表明,半主动控制和主动控制并不能使桥梁全部地震反应都能得到控制,而是使得桥梁部分地震反应减小,同时却放大另外部分地震反应;半主动最优bang-bang控制算法和最大开关控制算法的减震效果相对最好,且二者的控制效果非常接近;半主动界限滑动控制算法能够最好地跟踪主动控制的减震效果。

复合隔震墩性能试验研究

为了在广大农村地区推广基础隔震技术,开发了一种由钢筋和混凝土构成的复合隔震墩并对其进行了试验研究。介绍了该装置的设计制作及工作原理,通过拟静力试验确定其竖向力学性能。并以刚体试块代替刚度较大的砌体建筑物对复合隔震墩进行振动台模拟地震试验,研究复合隔震墩在三维振动情况下的隔震性能,试验结果表明,复合隔震墩吸收了大部分地震能量,刚体试块加速度较输入加速度降低70%以上,减震效果明显,且造价低廉,适合于我国广大农村地区及发展中国家采用。

电流变效应在抑制车削振动中的应用

利用电流变效应设计制造了车床活顶尖电流变减振器 ,在减振器的活动电极板与固定电极板间注满电流变液。计算机模拟和切削试验结果表明 ,采用电流变减振器 ,可以使车床尾座活动顶尖的振动响应幅值减小约

耗能支撑的斜撑刚度对框架结构减震效果的影响

摩擦耗能支撑减震技术是一种行之有效的减震措施,本文利用ANSYS分析了斜撑刚度对结构减震效果的影响,得出对于本文算例斜撑刚度与结构刚度的比值为2-6时,减震效果最好。

行波效应对桥梁不同振动控制方法减震效果的影响分析

给出了地震行波输入下大跨度桥梁的主动、半主动和被动控制分析方法,并对1座4跨连续刚构桥梁进行了行波输入下地震反应计算,分析了8种振动控制情况下纵桥向和横桥向地震反应的减震效果。结果表明,行波效应会明显降低该连续刚构桥梁8种振动控制方法的纵桥向地震反应减震效果,最大开关控制算法对纵桥向的减震效果相对最好;最大阻尼力被动控制和最大开关控制算法对横桥向的减震效果相对最好,采用该2种控制方法时行波效应对横桥向总体减震效果影响不大。

考虑重力效应的挠性航天器姿态控制及振动抑制

以单轴转动的挠性航天器为研究对象,建立了考虑重力效应的挠性航天器动力学模型,并对该航天器在地面调试阶段和空间应用阶段的振动特性和姿态控制精度进行了仿真研究。仿真结果表明,重力项对挠性航天器的振动特性和姿态控制精度均有影响。为了使挠性航天器在不同重力环境下均达到较高的姿态控制精度和理想的振动抑制效果,设计了自抗扰控制器(ADRC),ADRC不依赖于被控对象精确的数学模型,能够应用于不同的重力环境。仿真结果表明,该控制器能实现挠性航天器在地面调试与空间应用阶段的姿态控制及振动抑制。

非线性能量阱振动抑制效果理论分析与试验研究

针对潜艇机械设备周期性运转产生的宽频线谱难以消除问题,开展了简谐激励下非线性能量阱振动抑制效果与结构参数优化研究。建立机械设备耦合非线性能量阱的动力学模型,利用增量谐波平衡法、弧长延拓法以及Floquet理论分析了系统周期解及其稳定性;以系统振动能量为评价准则,探讨了阻尼、质量比和刚度3个参数对非线性能量阱振动抑制效果的影响规律;进一步,在质量比ε=0.05时,通过局部优化得到了非线性能量阱阻尼与刚度区间,并对振动抑制效果鲁棒性进行了研究。理论研究表明:增量谐波平衡法、弧长延拓法以及Floquet理论三者相结合,与Runge-Kutta法计算结果吻合良好,能够有效构建耦合系统周期解完整图像;弱阻尼是非线性能量阱具备良好吸振效果的先决条件,对于参数优化后的非线性能量阱,在外界激励频率±20%以及激励幅值±50%变化范围内都具备良好的振动抑制效果,鲁棒性较佳。设计了一种可垂向承载的柔性铰链型非线性能量阱原理样机,并开展了台架试验,验证了理论研究成果的正确性。

简支梁桥减震半主动控制算法研究

总结了6种半主动控制算法,采用黏滞阻尼器,对一座三跨简支梁桥进行了不同地震动输入下的半主动控制地震反应计算分析,比较分析了不同地震动输入和半主动控制算法对简支梁桥地震反应控制效果的影响。结果表明,半主动控制能有效地减小桥梁结构的大部分地震反应,同时可能会放大另外部分地震反应,这与地震动输入密切相关,不同地震动输入下的控制效果各不相同。所提六种半主动控制算法中,算法2、5、6对该简支梁桥地震反应的减震效果相对最好,这与各种算法的阻尼器耗能大小有关。

VED在控制高层钢结构建筑风振反应中的研究

研究了用于控制高层钢结构建筑风振反应的粘弹性阻尼器 (VED)设计方法 .通过计算整体结构的有效阻尼比 ,建立了设置VED结构抗风设计的风振系数和脉动增大系数的调整公式 ,得到了设置VED结构在顺风向和横风向的层加速度计算方法 .并以例子证明了VED是一种有效的耗能减振构件 。

粘弹性阻尼器在控制高层钢结构建筑风振反应中的应用

研究了用于控制高层钢结构建筑风振反应的粘弹性阻尼器 (VED)设计方法 .通过计算整体结构的有效阻尼比 ,建立了设置VED结构抗风设计的风振系数和脉动增大系数的调整公式 ,得到了设置VED结构在顺风向和横风向的层加速度计算方法 .并以例子证明了VED是一种有效的耗能减振构件 。

时滞对桥梁主动控制的影响与时滞补偿

桥梁减震主动控制系统中会存在一系列时滞因素,为了探讨时滞对桥梁主动控制效果的影响规律和时滞补偿方法,建立桥梁的有限元模型和减震控制方程,并考虑控制系统不同的滞后时间,对一座大跨连续梁桥进行了主动控制地震反应数值计算分析。结果表明,时间滞后会使桥梁主动控制系统的减震效果随着滞后时间的增大而越来越差,甚至会使地震反应发散;采用移相法对桥梁主动控制时间滞后进行补偿可以取得很好的控制效果,桥梁绝大部分地震反应在时滞补偿后的减震效果能够接近无时间滞后的理想情况的减震效果,有的甚至超过理想情况的减震效果。