非堆积型多颗粒阻尼器等效力学模型及其减振性能分析

为考虑颗粒群碰撞过程中时间效应对非堆积型多颗粒阻尼器(non-packed particle damper, NPPD)减振性能的影响,在现有考虑惯容的等效单颗粒力学模型(equivalent inertia single-particle model, EISM)研究基础上,提出了基于接触单元法的等效单颗粒力学模型(equivalent inertia single-particle model based on contact element method, EISM-CE),并基于Runge-Kutta算法建立了NPPD单自由度结构运动状态求解算法。设计进行附加NPPD单层钢框架结构振动台试验,探究不同填充率对结构顶层位移频响曲线的影响规律,提出了EISM-CE参数取值原则,进而进行力学模型试验验证及模型对比分析。在模型验证合理性基础上,基于EISM-CE依次进行了自由振动、简谐激励及记录强震动下减振性能及能量变化规律分析。研究结果表明,与现有EISM相比,提出的基于接触单元法的EISM-CE模型及参数取值原则更加合理有效。减振性能数值分析结果表明,不同激励下NPPD均具有较好的减振性能;考虑碰撞时间效应后EISM-CE与EISM对应减振性能及机理分析结果存在一定的差异。

考虑惯容的多颗粒阻尼器等效力学模型及试验验证

在现有多颗粒阻尼器(M-PD)等效单颗粒力学模型研究基础上,通过引入惯容考虑颗粒群滚动对M-PD减振效果的影响,建立了考虑惯容的等效惯性单颗粒模型(EISM),并基于Runge-Kutta算法建立了简谐激励及地震激励下M-PD单自由度结构运动状态的完整求解算法。设计进行了M-PD控制下的单层钢框架振动台试验,探究了不同颗粒填充率对结构顶层位移频响曲线的影响,提出了非堆积状态下EISM参数取值原则,进而进行了EISM模型的试验验证及基于既有等效单颗粒模型的数值对比分析;在模型验证的基础上,基于EISM进行了自由振动、简谐激励及地震作用下减振效果分析及能量变化规律分析。模型验证及减振效果分析结果表明:相比较于现有等效单颗粒力学模型,EISM模型能够进一步反映M-PD减振效果及减振机理,且提出的模型参数取值原则更加适应于非堆积状态下的M-PD数值模拟;不同激励情况下M-PD均具有较好的减振效果,但在最优碰撞间距取值下现有等效单颗粒模型可能会高估M-PD减振效果。

基于能量的非堆积型多颗粒阻尼器减振机理分析

为进一步研究非堆积型多颗粒阻尼器(NPPD)减振机理,从能量角度基于等效连体惯容质量模型(DIMEM)对NPPD依次进行物理参数对应减振机理分析及振动控制过程中能量变化规律分析。首先对DIMEM模型进行简介,重点陈述DIMEM模型的建立、DIMEM-单自由度结构运动微分方程及试验验证。在此基础上,定义周期耗能指标及周期动量交换指标,并据此进行物理参数影响机理分析。最后,基于DIMEM模型依次进行自由振动、共振简谐激励及地震作用下减振效果分析,并重点对系统运动过程中能量变化规律及耗能占比进行讨论。结果表明多颗粒阻尼器减振效果变化规律受耗能及动量交换综合影响,单纯依靠耗能机理较难对NPPD减振效果变化规律进行解释。振动控制过程中系统能量主要通过颗粒之间相互作用进行耗散。基于DIMEM模型的NPPD减振机理及减振效果分析对于进一步认识颗粒阻尼器及颗粒阻尼器优化具有重要研究意义。

考虑惯容的颗粒阻尼器等效力学模型及其受控结构稳态解研究

颗粒阻尼技术因减振效果好、作用频带宽等优点使其在土木工程领域中具有良好的应用前景,然而因其具有高度复杂的非线性力学特性,并缺少合理的力学模型,限制了其在实际工程中的应用和发展。鉴于此,以土木工程应用为背景,在不考虑阻尼颗粒发生堆积的前提下,通过引入惯容器来考虑颗粒群滚动对阻尼器减振机理及减振效果影响,建立了考虑惯容的多颗粒阻尼器等效单颗粒力学模型;结合颗粒运动状态,分别进行了未碰撞时及碰撞发生后多颗粒阻尼器单自由度结构的响应分析,重点探讨了惯容系数对未碰撞时动力放大系数频响曲线及碰撞发生后周期2次碰撞稳态解析解的影响规律,并采用数值仿真和试验方法进行验证。结果表明,考虑惯容属性后等效模型能够进一步明晰多颗粒阻尼器由于颗粒群滚动引起的非线性特性,惯容系数对多颗粒阻尼器未碰撞时动力放大系数频响曲线及碰撞后周期运动解析解存在的边界条件及稳定性具有显著影响。进行的周期2次碰撞理论解析为颗粒阻尼器进一步参数影响分析及减振机理分析提供理论基础。