多重调谐冲击阻尼器的多目标优化设计研究

为开发减震性能良好的新型阻尼器,将颗粒阻尼器与多重调谐质量阻尼器(multiple tuned mass dampers,MTMD)相结合,提出一种新型的多重调谐冲击阻尼器(multiple tuned impact dampers,MTID),并对其减震性能进行了优化和对比研究。首先,提出MTID应用于实际工程结构时基于性能的多目标优化设计方法及流程;然后,基于一个20层Benchmark结构,进一步分析了传统设计和优化设计MTID的振动控制性能;最后,对比研究了MTID和MTMD的最优减震性能及工作行程。研究表明,MTID需要一定的启动时间以高效发挥减震性能,待其启动后,可显著减小主体结构的动力响应;优化设计的MTID相比于传统设计具有更优异的减震性能,进而可显著减小主体结构在大震作用下的塑性变形和非线性损伤;MTID和MTMD的最优减震性能较为接近,但MTID的工作行程更小。

分布式多重调谐冲击阻尼器减震控制研究

为提高颗粒阻尼器对高层结构多模态控制性能,将颗粒阻尼技术与多重调谐质量阻尼器(MTMD)结合,提出了多重调谐冲击阻尼器(MTID),基于一个20层非线性Benchmark结构验证了多目标优化设计的MTID相对于单个调谐冲击阻尼器(STMD)的减震优越性,并研究了采用不同布置准则的分布式MTID的减震性能。结果表明:优化设计的MTID在减小主体结构的动力响应、非线性变形和塑性损伤等方面均具有更优异的控制性能;基于主体结构的模态特性确定MTID系统中TID的安装位置非常有效,将各个TID均安装于振型幅值最大的楼层可获得最优的振动控制性能。

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)。

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)。

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。

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.

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。

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。

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.

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。

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。

杠杆式多重调谐质量阻尼器的动力特性

研究了由许多刚度和阻尼保持为常量且频率呈线性分布的杠杆式TMD形成的杠杆式MTMD(LT MTMD)的动力特性 .基于建立的结构 LT MTMD系统的传递函数 ,导出了设置LT MTMD结构的动力放大系数 (DMF)解析表达式 .于是LT MTMD的优化准则可定义为最大动力放大系数的最小值的最小化 (Min .Min.Max.DMF) .通过最优搜寻可得到LT MTMD的最优频率间隔、平均阻尼比、调谐频率比和相应的Min.Min .Max.DMF值 .研究了LT MTMD中刚性支撑杆位置的改变对LT MTMD动力特性的影响 .

结构被动和主动多重调谐质量阻尼器控制策略的发展

广泛评述了被动多重调谐质量阻尼器(MTMD)的研究现状,提出了结构主动多重调谐质量阻尼器(AMTMD)和多重主被动调谐质量阻尼器(MAPTMD)的新控制策略,介绍了AMTMD和MAPTMD的研究进展,并指出了进一步研究的发展方向。

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。