考虑SSI效应的升降作业平台惯容减振优化设计

升降作业平台在野外工地、河滩等环境中高空作业时,其支腿底盘的明置基础与软土地基会发生动力相互作用,从而改变作业平台系统的动力特性。提出了考虑土与结构相互作用效应下的含3种不同惯容减振系统(SIS,SPIS-1,SPIS-2)的升降作业平台动力学模型,推导了作业平台在简谐激励下的振幅放大因子以及在随机激励下的响应均方值的解析表达式。利用遗传算法分别求解了位于中硬土、中软土以及软弱土3种地基表面的作业平台在H_(∞)和H_(2)优化准则下,惯容减振系统的最优设计刚度比和阻尼比。对最优状态下的各减振系统进行减振效果分析,结果表明:SPIS-2减振系统效果最佳,不仅最大程度地抑制了升降作业平台的共振效应,而且更有效地拓宽频带范围;SSI效应可以降低简谐激励下作业平台的位移振幅放大因子和随机激励下作业平台绝对位移的均方值;SSI效应对简谐激励和随机激励下惯容减振系统的最优设计参数影响很小,因此针对3种惯容减振系统位于不同地基表面下的最优设计参数拟合出经验公式,为升降作业平台的研发和减振设计奠定了理论基础。

位移激励下含负刚度的惯容减振系统参数优化解析研究

为抑制位移激励下主结构的振动,提出了三种含有负刚度的惯容减振系统(N‑ISD),推导了各系统分别在H∞和H_(2)优化准则下设计参数的解析解,探究了不同形式N‑ISD系统振动控制的特点。建立位移激励下减振系统的动力学方程,得到结构的传递函数。针对简谐位移激励下的振动幅值,采用固定点理论推导了以H∞范数为优化准则的设计参数解析解;针对随机激励下位移均方值,采用极值理论推导了以H2范数为优化准则的设计参数解析解。通过与基于遗传算法的数值优化解对比,验证了上述最优设计参数解析解的有效性及优越性。对最优状态下的减振系统进行减振效果分析,结果表明:负刚度的引入能有效降低主结构的振幅放大因子和均方值,简谐激励下N‑SPIS‑Ⅱ型惯容系统反共振峰值更低,共振峰值间距更大,减振效果及稳定性更好;随机激励下N‑SPIS‑Ⅰ和N‑SPIS‑Ⅱ型惯容系统位移均方值均小于N‑SIS型惯容系统,表现出更好的减振性能。

新型颗粒阻尼惯容减振器设计及其减振性能分析

颗粒阻尼器利用颗粒与颗粒或者颗粒与容器之间的碰撞与摩擦消耗振动能量,具有优良的振动控制性能。惯容减振技术可加剧阻尼元件的耗能,具有耗能增效的作用。结合颗粒阻尼减振技术和惯容减振技术,设计一种新型颗粒阻尼惯容减振器;采用离散元软件与多体动力学软件进行联合仿真,在仿真模型基础上研究颗粒材料类型、粒径、数目、初始位移量、激振频率参数变化对减振特性的影响规律。研究结果表明:颗粒阻尼惯容减振器的减振效果随着颗粒填充率增大先增强后减弱,随着颗粒粒径减小增强;所选材料中,钢材颗粒的减振性能优于其他材料;控制其他条件相同时,振动位移越大,减振效果越好;该减振器对于不同的振动频率都具有一定减振效果,但在中高频率范围内及自振频率附近减振效果更佳。该模型仿真结果可为结构抗震及抗风设计提供参考。

调谐惯容阻尼器对斜拉索振动控制的研究

为提升黏滞阻尼器对斜拉索的减振效果,基于“阻尼-惯容-弹簧”的三元被动减振理论,开展了调谐惯容阻尼器对张紧弦斜拉索振动控制的研究。首先,采用有限差分法建立了斜拉索-调谐惯容阻尼器耦合系统的状态空间方程;然后通过复模态分析研究了调谐惯容阻尼器的频率比、阻尼比及惯容比对斜拉索附加模态阻尼比的影响规律,进而获得了调谐惯容阻尼器的最优参数及斜拉索的最大附加模态阻尼比。其次,开展了调谐惯容阻尼器对斜拉索减振控制的数值仿真分析,验证了复模态分析结果的适用性,通过对比调谐惯容阻尼器、黏滞惯质阻尼器和黏滞阻尼器对斜拉索的减振效果,阐明了调谐惯容阻尼器对斜拉索减振控制的优越性。最后,基于耗能效率揭示了调谐惯容阻尼器对斜拉索的减振增效机理。结果表明:与黏滞阻尼器和黏滞惯质阻尼器相比,调谐惯容阻尼器可以显著提升斜拉索的减振效果。

高耸烟囱风致振动的TPIMS减振数值分析

以某高耸烟囱为工程背景,提出了一种预测三维烟囱涡振响应的新方法。通过该方法可有效避免复杂的公式推导与数值计算;经连续随机离散流技术(consistent discrete random inflow generation,CDRFG)模拟紊流风场,建立两种减振系统的有限元模型,计算对比惯容减振系统(tuned parallel inerter mass system,TPIMS)与调谐质量阻尼器(tuned mass damper,TMD)的风致振动减振效率。结果表明:新的预测方法能较准确地预测三维烟囱的涡振响应;基于相同质量比,惯容减振系统相比TMD有更高的减振效率,但其存在质点行程过大的问题,需要在具体工程设计中加以关注。