多重单面碰撞调谐质量阻尼器参数优化与试验研究

基于多重调谐原理,提出一种将碰撞质量和碰撞耗能装置分散布置的多重单面碰撞调谐质量阻尼器(MSS-PTMD).该阻尼器具有多重调谐的功能,以至能覆盖更宽的控制频域并具有更好的减振性能.同时,该阻尼器能将调谐质量分块化、小型化,提升碰撞类调谐质量阻尼器在实际工程中的可行性.为深入研究MSS-PTMD的性能特点,建立了单自由度结构与MSS-PTMD耦合运动方程,基于H∞优化准则得到了MSS-PTMD的优化参数;采用数值模拟对比了SS-PTMD和双重单面碰撞调谐质量阻尼器(DSS-PTMD)的减振性能;最后,通过试验验证了DSS-PTMD的减振效果.研究表明,增加调谐质量数量能有效提升MSS-PTMD的减振带宽和减振性能;在完全调谐和失谐±5%的情况下,MSS-PTMD都比SS-PTMD具有更好的减振效果.

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。

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。

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,分析自由振动和简谐激励作用下双重单面调谐质量阻尼器的减振效果,并与单面碰撞调谐质量阻尼器进行对比。结果表明,在完全调谐和小失调情况下双重单面调谐质量阻尼器比单面碰撞调谐质量阻尼器具有更好的减振效果。

单面碰撞调谐质量阻尼器减振性能分析与试验

碰撞式调谐质量阻尼器是一种通过碰撞消耗结构振动能量的新型减振装置,以设计悬臂式单面碰撞调谐质量阻尼器为目标,通过试验确定碰撞力模型参数;建立单自由度结构-碰撞调谐质量阻尼器系统运动方程,分析频率比对减振效果的影响;设计可改变固有频率的试验模型,开展减振试验。分析和试验结果表明,碰撞调谐质量阻尼器在优化频率比条件下具有良好的减振效果,当频率比偏离时,减振效果降低,但仍具有较好的减振效果,说明该阻尼器具有较好的控制鲁棒性。

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。

结构的多重双重调谐质量阻尼器控制策略

提出多重双重调谐质量阻尼器(MDTMD)控制策略。MDTMD由任意奇数或偶数的双重调谐质量阻尼器(DTMD)组成。MDTMD参数组合形成十种MDTMD模型即MDTMD(I-1)-MDTMD(I-5)模型和MDTMD(II-1)-MDTMD(II-5)模型。利用定义的优化准则,评价了MDTMD(I-1)的控制性能。数值结果表明MDTMD(I-1)比DTMD和基于任意整数多重调谐质量阻尼器(MTMD)和基于奇数MTMD具有更好的有效性和鲁棒性。但MDTMD冲程大于DTMD冲程;MDTMD小TMD冲程大于MTMD冲程。

基于多重调谐质量阻尼器的滚珠丝杠副横向振动控制

为克服滚珠丝杠副动态特性随螺母沿丝杠运动不断变化,导致丝杠振动难以控制问题,提出采用多重调谐质量阻尼器对滚珠丝杠副横向振动进行控制。建立含多重调谐质量阻尼器的滚珠丝杠副在螺母及两端轴承处弹性支撑条件的动力学模型,获得不同螺母运动、受动态工作负载激励时丝杠横向振动频率响应函数。以不同螺母位置丝杠横向振动频率响应函数幅值最大值最小化为优化目标,获得多重调谐质量阻尼器最佳动力参数。仿真计算结果表明,采用多重调谐质量阻尼器进行丝杠横向振动控制,其效果及鲁棒性显著。

基于任意整数的多重调谐质量阻尼器

由于中心自振频率的设置,至今研究的多重调谐质量阻尼器器(MTMD)都是由奇数个调谐质量阻尼器 (TMD)所组成。放弃中心自振频率的设置,提出了基于任意整数的多重调谐质量阻尼器。多重调谐质量阻尼器可由任意奇数个或偶数个调谐质量阻尼器组成。使用建立的结构MTMD系统传递函数,定义了结构和MTMD的动力放大系数(DMF)。MTMD最优参数和有效性的评价准则于是可定义为结构最大动力放大系数的最小值的最小化(MIN．MIN． MAX．DMF)。而MTMD冲程的评价准则定义为MTMD中每个TMD最大动力放大系数的最大值。根据定义的评价准则,评价了基于任意整数MTMD的控制性能(包括MTMD的冲程评价)。

非对称结构扭转振动多重调谐质量阻尼器(MTMD)控制的最优位置

研究了非对称结构扭转振动多重调谐质量阻尼器(MTMD)控制的最优位置。本文采用的MT MD具有相同的刚度、阻尼,但质量不同。基于导出的设置MTMD时非对称结构扭转角位移传递函数,建立了扭转角位移动力放大系数解析式。MTMD最优参数的评价准则定义为:非对称结构最大扭转角位移动力放大系数的最小值的最小化。MTMD的有效性评价准则定义为:非对称结构最大扭转角位移动力放大系数的最小值的最小化与未设置MTMD时非对称结构最大扭转角位移动力放大系数的比值。基于定义的评价准则,研究了非对称结构的标准化偏心系数(NER)和扭转对侧向频率比(TTFR)对不同位置MTMD最优参数和有效性的影响。

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)。

基于系统参数均匀分布的新型多重调谐质量阻尼器模型

提出了系统参数均匀分布的8种多重调谐质量阻尼器(MTMD)模型,试图寻求不产生近零最优平均阻尼比的MTMD模型.基于结构最大动力放大系数最小值的最小化,研究了8种MTMD模型的最优参数和控制效果.最优参数包括最优频率间隔、最优平均阻尼比和最优调谐频率比.数值研究表明,UM-MTMD1～UM-MTMD3、US-MTMD1、US-MTMD2和UD-MTMD2不存在近零最优平均阻尼比,而且最优UM-MTMD3具有更好的有效性和鲁棒性.比较显示,最优UM-MTMD3和最优MTMD-1的有效性和鲁棒性基本一致.考虑这些优越性能,采用MTMD控制结构的动力响应时,宜选择最优UM-MTMD3和没有近零最优平均阻尼比的MTMD-1.

集成型碰撞调谐质量阻尼器(P-TMD)振动台试验研究

针对传统调谐质量阻尼器(TMD)质量过大难以安装,对频率较为敏感的固有缺陷,碰撞调谐质量阻尼器(P-TMD)将碰撞耗能与传统的TMD相结合以增大装置耗能。在前期的数值模拟研究中,P-TMD在地震激励下展现了比TMD更好的控制效果及控制稳定性。根据P-TMD的数值模型设计制作了一个用于水平向减振的集成P-TMD装置原型,并将装置安装于一柔性框架结构进行了地震激励下的减振试验。试验结果验证了P-TMD在不同地震激励下都可以对结构响应进行有效控制,控制效果相对稳定;特别对加速度峰值和均方根值的控制效果可达40%以上,相比TMD控制的效果提升明显。本文结果可以为今后P-TMD的进一步研究和应用提供必要的试验支持。

结构双层多重调谐质量阻尼器(DMTMD)控制策略的鲁棒性评价

基于定义的二类优化目标函数,评价双层多重调谐质量阻尼器(DMTMD)控制策略对漂移频率系数(DFR)摄动的鲁棒性。数值研究表明,使用第二类优化准则设计的DMTMD、双重调谐质量阻尼器(DTMD)和多重调谐质量阻尼器(MTMD)比使用第一类优化准则设计的DMTMD、DTMD和MTMD具有更高的对DFR摄动的鲁棒性。而且,使用第二类优化准则设计的总数为4的DMTMD、DTMD和总数为11的MTMD具有近似相同的对DFR摄动的鲁棒性。

结构双层多重调谐质量阻尼器减震策略的性能评价

评价了双层多重调谐质量阻尼器(DMTMD)控制策略的性能。DMTMD系统参数的可能组合可形成五种DMTMD模型,本文评价其中最易制作的一种DMTMD模型。利用定义的优化目标函数,评价了DMTMD的控制性能。数值结果表明DMTMD比基于任意整数或基于奇数的多重调谐质量阻尼器(AI-MTMD和ON-MTMD)具有更好的有效性和鲁棒性。但DMTMD中小质量块的冲程大于AI-MTMD和ON-MTMD的冲程。

多重调谐质量阻尼器控制单层非对称结构扭转振动的设计参数

研究了用两组相同的MTMD控制单层非对称结构扭转振动的最优设计参数。MTMD具有相同的刚度和 阻尼系数但不同的质量。MTMD被布置在最优位置。MTMD最优参数的设计准则定义为:结构最大扭转角位移动力放 大系数的最小值的最小化。MTMD的有效性设计准则定义为:结构最大扭转角位移动力放大系数的最小值的最小化与 无MTMD时结构最大扭转角位移动力放大系数的比值。基于定义的设计准则,研究了非对称结构的标准化偏心系数 (NER)和扭转对侧向频率比(TTFR)对处于最优位置MTMD最优设计参数和有效性的影响。

多重调谐质量阻尼器最优动力特性的趋势

多重调谐质量阻尼器 ( MTMD)是由频率呈线性分布的多个 TMD所组成 .刚度和阻尼保持常量但质量变化形成的 MTMD模型能够提供更好的有效性和鲁棒性 .文中揭示了这种 MTMD模型最优动力特性的进一步趋势 .数值结果表明 ,对于一个给定的总质量比 ,当 MTMD的总数超过某一值时 ,其最优平均阻尼比趋近于零即导致近零最优平均阻尼比 .近零最优平均阻尼比将使MTMD产生大的冲程 ,因此 ,MTMD的总数存在上限 。

土木工程结构的双层多重调谐质量阻尼器控制策略

为能得到用尽可能少的调谐质量阻尼器(TMD)组成有效性和鲁棒性高的多重调谐质量阻尼器控制系统,本文提出了一种适用于土木工程结构的新控制策略———双层多重调谐质量阻尼器 (DMT MD)。使用定义的优化目标函数,评价了双层多重调谐质量阻尼器 (DMTMD)的控制性能。数值结果表明,双层多重调谐质量阻尼器(DMTMD)比多重调谐质量阻尼器(MTMD)具有更好的有效性和对频率调谐的鲁棒性。DMTMD比双重调谐质量阻尼器 (DTMD)具有更好的有效性,而DMTMD和DT MD对频率调谐的鲁棒性近似相同。因此,双层多重调谐质量阻尼器是一种先进的结构控制策略。

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。

多重调谐质量阻尼器控制性能对结构阻尼的敏感性评价

基于设置多重调谐质量阻尼器 (MTMD)结构和MTMD的传递函数 ,定义了结构和MTMD的动力放大系数。于是分别定义了MTMD的最优参数、有效性和冲程的评价准则。基于定义的评价准则 ,研究了结构阻尼比对MTMD性能的影响。数值结果表明 ,结构的阻尼比对MTMD的性能会产生影响。