半主动调谐质量阻尼器对随机人群荷载振动控制

为提高人行桥的舒适度,提出了一种可变质量与阻尼的半主动调谐质量阻尼器(STMD)。该STMD不但能通过水泵和电磁阀等驱动装置实时调节质量以重调频率来适应人行桥动力特性的变化,而且能实时改变电涡流阻尼的磁导间距来调节阻尼系数以提高耗能效果。首先介绍了STMD变质量及变阻尼的算法及模型试验,然后进行基于人群激励概率性随机模型的案例分析。对比研究了无控结构、优化设计的被动TMD、变质量STMD、变阻尼STMD及变质量变阻尼STMD在随机协同人群荷载下的100次加速度响应,通过这100组加速度的最大值、均方根(RMS)值及最大1-s RMS值共3个舒适度评估指标的最大值、平均值和标准差,分析了不同TMD的减振效果及鲁棒性。研究结果表明,由于人群荷载和人体参数的随机性,结构的动力响应有较大的差异。整体而言,可同时变质量变阻尼的STMD具有最佳的减振效果,且其标准差也最小,即具有最好的鲁棒性。

考虑RNA运行作用的近海风电结构主动质量阻尼器振动控制研究

由于风电塔上部的风轮-机舱组件(rotor-nacelle assembly, RNA)在运行状态中的非线性控制策略,风电塔顶加速度频响特征复杂,其中风轮3倍转频激励(3P)响应最为突出。考虑一种单自由度等效风电塔模型,通过OpenFAST软件确定RNA运行作用下的结构动力参数与气动荷载,开展了基于线性二次型调节(linear quadratic regulator, LQR)算法的主动质量阻尼器(active mass damper, AMD)对风电塔顶前后向加速度响应的控制研究,以被动调谐质量阻尼器(tuned mass damper, TMD)为对照考察了AMD的减振性能与控制特点。结果表明:在RNA运行作用下,AMD具有比TMD更好的控制表现,其控制作用可一定程度抑制3P频段的响应。

建筑楼盖调谐质量阻尼器振动控制

在动力吸振及优化的频率比、阻尼比研究的基础上,设计了调谐质量阻尼器,并基于实体模型开展了振动控制研究,其模态计算频率与设计频率一致。随之,开展了建筑楼盖调谐质量阻尼器振动控制研究,与调谐质量阻尼器质点模型对比研究结果肯定了实体模型设计及计算分析的准确性。继而在此基础上,在有限元环境设计了一种基于实体模型的主动型调谐质量阻尼器,振动控制分析结果及作动器出力肯定了所提方法的有效性。本研究对调谐质量阻尼器在工程应用层面具有指导意义,对主动、半主动等先进型调谐质量阻尼器开发提供了有效途径,具有一定的创新性。

结构振动控制的半主动磁流变质量驱动器(MR-AMD)

本文首先提出了一种新型的半主动磁流变质量驱动器 (MR AMD) ,该装置用磁流变驱动器替代AMD的液压驱动系统 ;其次采用所提出的半主动控制算法仿真分析了MR AMD用于结构振动控制的有效性 ;第三 ,比较了半主动质量驱动器 (MR AMD)、调谐质量阻尼器 (TMD)及主动质量驱动器(AMD)对同一模型结构的控制效果。分析结果表明 ,MR AMD作为一种半主动质量驱动器有效地降低了结构的反应 ,其控制效果虽然不如具有相同质量块参数的AMD但却优于TMD ,且同AMD一样具有较宽的有效频带范围。

结构主动多重调谐质量阻尼器(AMTMD)的控制策略

本文提出了一种新控制策略———主动多重调谐质量阻尼器 (AMTMD)。AMTMD控制系统频率呈线性分布。AMTMD中的MTMD保持相同的刚度和阻尼系数但质量变化。基于TMD的工作原理对AMTMD定义了主动控制力构成即保持相同的位移和速度反馈增益系数但变化加速度反馈增益系数。基于结构的广义振型模型 ,导出了设置AMTMD时结构的动力放大系数 (DMF) ,于是AMTMD的优化准则可定义为结构最大动力放大系数最小值的最小化 (Min Min Max DMF)。通过最优搜寻 ,研究了反映AMTMD有效性和鲁棒性的参数。这些参数包括 :频率间隔、平均阻尼比、调谐频率比、总数、质量比和标准化加速度反馈增益系数。为了比较 ,同时考虑了多重调谐质量阻尼器 (MTMD)和主动调谐质量阻尼器 (ATMD)。

主动调谐质量阻尼器对不规则建筑的减震行为研究

研究了不规则建筑主动调谐质量阻尼器(ATMD)减震的行为。基于建立的地震地面运动模型下不规则建筑-ATMD系统的状态空间方程,定义ATMD的最优参数准则为:设置ATMD不规则建筑的最大平动和扭转角位移动力放大系数最小值的最小化。评价ATMD有效性的准则定义为:设置ATMD不规则建筑的最大位移动力放大系数最小值的最小化与未设置ATMD不规则建筑的最大位移动力放大系数之比。使用定义的准则,研究了不规则建筑的标准化偏心系数(NER),扭转对侧向频率比(TTFR)及地震卓越频率(DGF)对ATMD控制不规则建筑位移响应时的最优参数和有效性的影响。

不规则高层结构基于新型电磁惯性质量阻尼器的半主动控制

为了研究新型电磁惯性质量阻尼器(Electromagnetic Inertial Mass Damper,EIMD)应用于偏心高层结构振动控制工程的可行性,鉴于半主动控制技术的优点,基于LQR主动控制算法,提出一种可行的EIMD-偏心高层结构半主动控制策略,同时研究EIMD在结构每层中安装位置不同对于控制偏心高层结构扭转反应的影响。以一个实体24层偏心高层结构作为研究对象验证地震作用下所提控制策略的有效性,仿真结果表明:(1)所提半主动控制策略基本能够达到主动控制对于结构振动反应分量的控制效果;(2)当采用半主动控制策略时,调整EIMD的安装位置对于偏心高层结构转角和转角加速度反应有着较好的控制效果。

结构杠杆式主动调谐质量阻尼器的新控制策略

基于杠杆式调谐质量阻尼器(LT-TMD)的概念,提出了杠杆式主动调谐质量阻尼器(LT-ATMD)的控制策略.利用导出的LT-ATMD结构系统的动力放大系数解析式,讨论了LT-ATMD的动力特性(包括冲程).数值结果表明,驱动器设置于质量块处LT-ATMD和ATMD具有近似相等的最优阻尼比、调谐频率比、控制效果和冲程.驱动器设置于质量块处LT-ATMD的冲程略大于LT-TMD的冲程,但能明显地提高LT-TMD的控制效果.与ATMD相比,驱动器设置于质量块处LT-ATMD的关键优点是通过移动支撑的位置可以限制弹簧的静力和动力伸长而保持其性能(包括冲程)不变.

结构最优主动调谐质量阻尼器风致振动控制的研究

基于我国现行的风荷载规范,建立了在风荷载作用下结构-主动调谐质量阻尼器(ATMD)系统的动力方程。定义ATMD最优参数准则为:结构-ATMD系统的位移或加速度响应方差的最小化。ATMD有效性的评价准则为:设置ATMD结构的最小化位移或加速度响应方差与未设置ATMD结构的位移或加速度响应方差之比(分别称为位移和加速度减振系数)。根据上述准则,在频域内数值研究了结构自振频率、标准化加速度反馈增益系数、质量比对ATMD系统的最优参数(包括最优频率比和阻尼比)、有效性和冲程的影响。此外,为了比较的目的,论文同时考虑了结构TMD风致振动控制的情况。

结构主动与被动调谐质量阻尼器的减震性能

使用Kanai Tajimi地震动模型,建立了主动调谐质量阻尼器(ATMD)结构系统的传递函数。将ATMD最优参数的评价准则定义为:设置ATMD结构均方根位移(解析式)的最小值的最小化。将AT MD有效性的评价准则定义为:设置ATMD结构均方根位移的最小值的最小化与未设置ATMD结构的均方根位移之比。根据选择的评价准则,评价了地震卓越频率系数(EDFR)对ATMD抗震控制性能的影响。同时也评价了EDFR对被动调谐质量阻尼器(PTMD)抗震控制性能的影响。

大跨桥梁振动控制的杠杆主动多重调谐质量阻尼器策略

提出了适用于控制大跨桥梁风致振动的杠杆式主动多重调谐质量阻尼器(LT-AMTMD)控制策略。利用建立的LT-AMTMD结构系统的动力放大系数,评价了LT-AMTMD的性能。数值结果表明,驱动器置于质量块处的LT-AMTMD比驱动器置于其它位置的LT-AMTMD更加有效。驱动器置于质量块处的LT-AMTMD可以根据实际需要,通过改变支撑位置来调节弹簧的静伸长,而且保持其性能不变(包括冲程)。数值结果还表明,驱动器置于质量块处的LT-AMTMD可以明显地提高LT-MTMD的性能,而且比单个杠杆式主动调谐质量阻尼器(LT-ATMD)更加有效。

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 -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。

结构主动多重调谐质量阻尼器风致振动控制的最优性能研究

基于我国现行的风荷载规范,建立了在风荷载作用下结构-主动多重调谐质量阻尼器(AMTMD)系统的动力方程。定义AMTMD最优参数准则为:结构-AMTMD系统的位移或加速度响应方差的最小化。AMTMD有效性的评价准则为:设置AMTMD结构的最小化位移或加速度响应方差与未设置AMTMD结构的位移或加速度响应方差之比(分别称为位移和加速度减振系数)。根据上述准则,在频域内数值研究了结构自振频率、标准化加速度反馈增益系数、质量比对AMTMD系统的最优参数(包括最优频率比,阻尼比和频率间隔)、有效性和冲程的影响。为了比较,论文同时也考虑了结构多重调谐质量阻尼器(MTMD)风致振动控制的情况。

主动调谐质量阻尼器最优反馈系数的再探究

基于频域内遗传优化和时域分析,对主动调谐质量阻尼器(ATMD)的反馈系数进行了深入研究。通过考察最优化设计ATMD的结构层间位移控制有效性、楼层绝对加速度控制有效性及控制系统冲程和峰值控制力,发现在参数合理和控制力相近情况下,负标准化加速度反馈增益系数(NAFGF)ATMD比正标准化加速度反馈增益系数(NAFGF)ATMD具有更好的控制有效性。

结构主动质量阻尼器控制系统的μ综合分析

在结构主动质量阻尼器（ＡｃｔｉｖｅＭａｓｓＤａｍｐｅｒ——ＡＭＤ）控制系统中考虑结构刚度的变异和地震激励作用，根据μ综合分析和Ｈ∞设计原理，设计闭环控制系统使其既可以抑制在地震作用下的结构振动，又使结构刚度在有界范围内变化时保持闭环系统的稳定。在本文中μ综合设计方法为Ｄ－Ｋ循环。为了利用Ｄ－Ｋ循环技术，对开环系统进行了必要的改造，最后文中给出了一个五层ＡＭＤ结构控制系统的分析、设计与数值仿真的结果。

地震作用下结构主动调谐质量阻尼器最优控制设计

基于Kanai-Tajimi地震动模型,建立了主动调谐质量阻尼器(ATMD)结构系统的位移和加速度传递函数.定义ATMD最优参数的评价准则为:设置ATMD结构的最大位移和加速度动力放大系数的最小值的最小化.ATMD有效性的评价准则定义为:设置ATMD结构的最大位移和加速度动力放大系数的最小值的最小化与未设置ATMD结构的最大位移和加速度动力放大系数之比.定义ATMD冲程的评价准则为:ATMD的最大位移动力放大系数.基于选择的评价准则,研究了地震卓越频率(EDF)对ATMD在控制结构位移和加速度响应时的最优参数、有效性和冲程的影响.

新型半主动调谐质量阻尼器减震性能的数值模拟

为了改良被动式调谐质量阻尼器(TMD)对建筑结构的减震效果,本文提出了一种新型的可实时调节频率和电涡流阻尼的半主动调谐质量阻尼器(SATMD)。由Hilbert-Huang变换(HHT)识别出结构的瞬时频率,通过基于HHT的控制算法实时调节SATMD的质量进行频率的调谐;通过基于线性二次型高斯(LQG)的控制算法实时调整磁导间距来调节电涡流阻尼系数。为了验证SATMD对建筑结构的减震效果,以一单自由度结构模型为例进行地震响应模拟,同时采用一经优化设计的被动TMD作为对比,并考虑由于主结构的累积损伤等引起自身频率下降而造成被动TMD的去谐效应。以主结构的加速度和位移时程峰值、整体均方根值及TMD的耗能性能作为评价指标,对比了SATMD在主结构发生损伤前后对被动TMD的改良效果。数值模拟结果表明,在主结构发生损伤前后,SATMD均比经优化设计的被动TMD有更好的减震效果及耗能能力。

半主动调谐质量阻尼器对非线性结构的减震控制

传统调谐质量阻尼器(TMD)具有对频率调谐敏感和对宽频带地震下的消能减震性能不佳等缺陷。强震作用下,建筑结构会进入非线性阶段。为了保护建筑结构在强震下的安全性并提高被动TMD(PTMD)对非线性结构的减震作用,本文研究了一种能够同时变频率变阻尼的半主动TMD(STMD)及复合控制算法。该STMD既可通过基于小波变换(WT)的调频算法实时改变单摆的长度以调节自振频率,又可基于主结构和TMD的振动信号进行阻尼系数的开关调换。对一10层非线性建筑结构进行算例分析,研究了该STMD对结构在地震激励下的弹塑性响应的控制作用,并与一优化的PTMD进行了减震效果对比。数值模拟中,对地震激励进行了幅值的缩小及放大以考察其对STMD减震作用的影响。研究结果表明:STMD对该非线性结构的弹塑性震动响应具有良好的控制效果,能够减小结构的塑性发展及残余位移,并提高PTMD的耗能能力。STMD能够有效地减小结构的顶层位移和层间位移,控制性能优于PTMD。

主动调频质量阻尼器在高层建筑结构抗风中的应用

主动调频质量阻尼器 ( ATMD)综合了被动控制和主动控制的优点 ,它既保持了被动控制的可靠性又保持了主动控制的应用的广泛性 ,是在土木工程中应用的最有前途的控制策略。本文详细阐述了ATMD在高层建筑抗风中的应用设计 ,考虑了 ATMD的主动性 ,对 ATMD的参数进行了优化 ,并以位移反馈算法为例 ,设计了 ATMD。通过实例证明 ,应用本文的方法设计的控制器 ,不仅能达到良好的控制效果 ,而且 ATMD的位移较小。

伸臂桁架-主动调谐质量阻尼器组合系统地震作用下最优控制与最优伸臂桁架位置

在原有伸臂桁架系统的基础上加入主动调谐质量阻尼器(ATMD)构成一个多效的组合系统,提出了该组合系统基于虚拟激励法的简化分析模型。首先将组合系统的运动方程改写为状态空间方程,并在此状态空间里采用线性二次规划方法(LQR)方法求解ATMD的最优控制力;然后将此最优控制力带入原有的运动方程中应用虚拟激励法求解组合系统在地震作用下的响应;最后通过对一原型高层结构进行一系列的参数分析,对比了伸臂桁架-主动调谐质量阻尼器组合系统与纯伸臂桁架系统最优位置以及最优位置所对应的结构顶部位移。参数分析结果表明:ATMD能明显减小普通伸臂桁架系统的位移响应,但是对于阻尼伸臂桁架系统减小作用不明显甚至有较多位移放大的情况;ATMD在地震作用下可以降低最优伸臂桁架位置。