桥面运动对多索索网-阻尼器系统阻尼比的影响研究

斜拉桥多根斜拉索通过辅助索及接地阻尼器的连接共同形成多索索网-阻尼器系统,从而使拉索达到减振效果。为研究在桥面运动激励下多索索网-阻尼器系统自振特性的变化情况,首先,提出n索索网-阻尼器系统模型,建立系统平衡方程,同时引入桥面运动的影响;然后,通过使用Wolfram Mathematica软件对系统平衡方程进行化简及求解;最后,对系统进行参数分析,研究不同参数对系统自振特性的影响,同时对比系统自振特性在有、无桥面运动时的变化情况。研究结果表明:桥面运动激励对多索索网-阻尼器系统的自振特性产生显著影响;系统各阶频率随着阻尼系数的增大而增大;在桥面运动激励下,系统自振频率相对于无桥面运动时的自振频率减小,而系统阻尼系数与阻尼比关系曲线相对于无桥面运动的关系曲线后移;当辅助索位置愈远离拉索中部、辅助索刚度愈小、阻尼器位置愈靠近边界、斜拉索倾角愈小时,系统的阻尼比越小,即对系统的影响愈不利,反之则有利;当桥面运动与系统达到共振时,阻尼器近乎失去减振耗能效果,此时即为系统的最不利影响状态,因此在设计系统的减振措施时,应避开两者的共振区。

抗弯刚度对斜拉索-黏滞阻尼器系统风致振动影响的研究

目的研究抗弯刚度对斜拉索及斜拉索-黏滞阻尼器系统的影响,为风致振动分析以及黏滞阻尼器设计提供参考。方法以沈阳市昆山西路斜拉桥作为工程背景,选取桥上长度在36~146 m的三根斜拉索建立索结构动力分析有限元模型,通过自回归方法生成斜拉索不同坐标处的风荷载时程,计算并分析忽略抗弯刚度的杆单元模型、考虑抗弯刚度的梁单元模型在风荷载作用下的振动及安装黏滞阻尼器后的抑振效果。结果考虑斜拉索抗弯刚度时,中点处的初始垂度静力计算结果较忽略斜拉索抗弯刚度时大;风荷载作用下,考虑抗弯刚度时的位移最大值和振幅为忽略抗弯刚度时的2倍左右;安装于三根斜拉索上的黏滞阻尼器在考虑抗弯刚度时的最佳阻尼系数大于忽略抗弯刚度时的最佳阻尼系数,斜拉索越短对应的这两个值的差值越大;考虑高阶模态设计黏滞阻尼器能降低3 Hz以上的高频振动,但低于3 Hz的最大振动峰值反而变大。结论在斜拉索以及斜拉索-黏滞阻尼器系统的有限元模拟中,特别是对于长度较短的斜拉索,应使用带抗弯刚度的单元模拟;对于斜拉索的风致振动,使用一阶模态设计黏滞阻尼器即可达到较好的抑振效果。

拉索-阻尼器系统的改进实模态分析方法

阻尼减振是拉索振动控制的主要措施,目前拉索-阻尼器系统的主要分析方法为复模态法.虽然采用复模态法可以精确分析拉索-阻尼器系统的阻尼比和频率等主要特征参数,但采用复模态法求出的拉索复振型由于不包含减振所需要的参数而被研究较少,而系统的振型对研究阻尼器的减振效果又具有非常重要的意义.文中首先采用复模态法求解了拉索-阻尼器系统,基于复振型的物理意义,引入相位函数,提出了一种改进的实数分离变量法,分析了阻尼力在拉索中的传递特征;建立了拉索-阻尼器系统的改进实模态分析方法,采用该方法求解得到的非线性运动方程通解与复模态法一致.基于该新方法计算得到的实模态振型,分析了阻尼器对拉索实际振型以及相位的影响.

索网-阻尼器系统自振特性研究

斜拉桥中多根斜拉索与辅助索、阻尼器连接形成多层索网-阻尼器系统,可有效实现斜拉索减振。为深入了解该系统的真实动力行为,揭示辅助索、阻尼器作用的相互影响规律,文中提出了多层索网-阻尼器系统模型,将辅助索简化为线性弹簧单元,通过理论推导得到系统的复特征方程,进而求解出系统各阶自振频率、阻尼比,并提出了局部振动模态参数以表征系统不同模态的局部振动程度及系统中的能量分布规律,辅助判断系统振动的整体性;借助实验及有限元仿真分析方法验证了理论公式的正确性;研究了辅助索从柔到刚变化过程中三层索网-单阻尼器系统振型、频率、局部振动模态参数及阻尼比的变化规律,分析了辅助索刚度、阻尼器位置变化对系统阻尼比的影响。研究结果表明:多层索网-阻尼器系统的形成具有减小拉索振幅、提高系统阻尼比的效果;辅助索刚度变化和设置索端阻尼器都会使系统的多阶振型发生相应的变化,阻尼器索端锚固位置变化也会引起个别阶振型的变化,阻尼比与阻尼器所在索段振型振幅密切相关,与辅助索刚度变化密切相关;并非所有模态阻尼比都会从索端阻尼器的设置中获益。总体来说,阻尼器在索端锚固点距离桥面越远,对阻尼器发挥作用愈有利;辅助索刚度越大,系统的整体性越好,频率越高,各拉索之间的相互约束更强。

输电塔体内拉索——杠杆惯容阻尼系统风振控制及参数优化

输电塔作为受风控制的高耸空间钢结构,风振控制技术是解决铁塔风灾受损、倒塔的重要技术手段之一。针对现有输电塔风振控制技术适应性不足的问题,提出了可在自立式输电塔体内布置的拉索-杠杆式旋转惯容阻尼器(CLRID)和优化设计方法。首先推导了CLRID典型平面刚架运动方程,然后开展了基于脉动风荷载特性的CLRID减振性能参数分析,最后考虑塔架性能需求对CLRID进行参数优化,得到固定布置夹角下的CLRID最优设计参数。研究结果表明,除惯容对阻尼单元变形的放大效应外,杠杆可实现对阻尼单元的二次放大作用,继续增大阻尼器行程,可弥补传统体内拉索体系斜向布置的缺陷,使具有不同拉索布置角度的CLRID对塔架具有相同的位移响应控制效果。同时,通过参数优化分析,CLRID拉索布置角度可控制在30°~50°,杠杆放大系数可控制在1~2。当确定目标减振比后,基于输电塔塔架性能的优化设计方法可使CLRID实现精准的风振控制。

斜拉索-磁流变阻尼器系统半主动控制的神经网络法

磁流变阻尼器具有良好的可变阻尼特性 ,能用于结构的半主动控制。针对斜拉桥拉索 -磁流变阻尼器系统 ,本文提出了利用神经控制器进行半主动控制的神经网络法 ,该神经控制器根据过去时刻的加速度响应和控制信号预测下一时间步的控制信号 ,并给出了训练方法及开展了数值仿真研究。仿真结果显示 ,采用神经网络半主动控制能取得很好的减振效果 。

斜拉索磁流变液阻尼器半主动振动控制系统的设计与应用

桥梁斜拉索是一种小阻尼、大柔度结构,在各种环境荷载作用下极易发生剧烈振动,因此迫切需要采取一定的措施来提高斜拉索的耐久性和安全性。本文针对山东滨州黄河公路大桥的减振需要,研究了基于磁流变液阻尼器的半主动振动控制系统的设计、材料与器件的性能实验以及现场振动控制实验。

斜拉桥拉索-阻尼器系统神经网络动力建模

提出了采用神经网络技术建立拉索-阻尼器系统动力模型的方法,数值仿真结果表明,该模型具有很高的精度,且对系统噪声不敏感,证明了该方法的可行性。

挤压油膜阻尼器-碰摩转子系统的非线性特性研究

本文研究了挤压油膜阻尼器 (SFD)支承的单盘转子系统的碰摩特性。研究发现系统响应不再具有典型的“碰摩分叉” ,系统在高转速区以拟周期的方式进入混沌而在低转速区则有多种进入混沌的通道。系统一周内的碰摩次数与系统的分叉状态无关。系统有三条通向混沌的道路 :1.倍周期分叉通向混沌 ;2 .阵发性通向混沌 ;3 .拟周期通向混沌。

磁流变液阻尼器-柔性转子系统的力学模型(I):单盘悬臂转子

从 Bingham模型出发 ,推导出用于转子振动控制的剪切式磁流变液阻尼器的阻尼力计算公式 ;利用 Langrange方程建立了磁流变液阻尼器 -单盘悬臂柔性转子系统的运动微分方程 ,为转子系统动力特性的理论分析奠定基础。

电磁轴承-挤压油膜阻尼器支承转子系统的主动控制

转子系统的许多非线性因素由于转子偏心的存在而得到放大 .文中将电磁轴承控制与挤压油膜阻尼器相结合 ,用于转子系统的控制 .这种控制方法可以对转子系统不平衡所引起的离心力进行主动控制 ,避免出现转子与静子之间的碰磨 .给出了系统动力学模型、系统控制框图 ,并进行了仿真计算 .仿真结果验证了这一控制方案的可行性 .

基于能量一致积分的拉索-阻尼器实时混合试验方法

实时混合试验是一种研究速度相关型试件动力性能的抗震试验方法,可以应用于拉索-阻尼器系统的力学行为研究。由于拉索具有较强的几何非线性,传统的线性无条件稳定积分算法无法保证拉索-阻尼器系统动力计算的稳定性。能量一致积分方法可以实现对非线性系统的无条件稳定,但应用于实时混合试验时,会遇到迭代导致作动器加载速度波动较大的问题。为了将能量一致积分方法应用于实时混合试验中,提出采用固定迭代次数并对迭代位移进行插值来实现平滑加载,然后对测得的试验子结构恢复力进行修正来实现系统能量一致。最后,对一个拉索-阻尼器系统进行了一阶模态振动下的实时混合试验数值仿真,验证了该方法的可行性。

机动飞行下挤压油膜阻尼器对碰摩故障转子系统的影响

飞机飞行时,航空发动机的故障对于飞机的安全性有着重要影响。针对这个问题,基于Lagrange方程,建立了飞机在空间进行机动飞行时发动机转子系统的动力学模型;同时基于库伦定律,建立了转子碰摩故障模型;基于雷诺方程,建立了挤压油膜阻尼器的模型;对模型进行综合建模,得到不同机动飞行条件下转子-滚动轴承-挤压油膜阻尼器(SFD)系统非线性动力学微分方程,通过龙格库塔数值解法进行求解得到不同机动飞行状态下碰摩故障状态的系统振动响应,得到了不同机动飞行状态下碰摩故障转子系统的运动分岔图,同时利用典型转速(1 400rad/s,2 000rad/s)下转子系统的频谱图、庞加莱图、时域图和轴心轨迹图研究系统的动力学特性。研究结果表明:在高转速下,SFD能够显著提高系统的稳定性,抑制系统的非线性特征,但是在低转速下可能损害系统稳定性;不同机动飞行状态下,SFD对于转子系统非线性特征的影响大小也不同。

考虑减振阻尼器的斜拉索索力测定方法

为了准确地计算斜拉索索力值,利用数值法对考虑垂度和弯曲刚度影响的斜拉索运动方程式进行求解,同时还考虑了斜拉索上安装减振阻尼器对斜拉索基频的影响。本文基于整体割线坐标系下同时考虑垂度和弯曲刚度影响的斜拉索面内运动方程式,将斜拉索装设的减振阻尼器简化为弹性支撑,并在运动方程式的荷载项中考虑该弹性支撑作用,采用数值法进行离散化处理和求解,确定斜拉索索力。通过对泉州晋江大桥进行索力测量,利用数值法计算得到的索力值与公式法计算得到的结果进行比较。结果表明:两种方法计算得到的等效计算索长的差别不超过2%,索力值的偏差不超过5%,验证了提出的考虑减振阻尼器影响的斜拉索索力测定方法的正确性和开发的测试系统的可靠性。

挤压油膜阻尼器转子系统非线性动力特性分析

为了对挤压油膜阻尼器 (SFD) 转子系统非线性动力特性进行分析 ,提出了油膜力数据库方法 ,即将挤压油膜阻尼器轴颈沿径向和周向的速度变化范围从 (-∞ ,+∞ )转化到 (- 1,+ 1) ,给定阻尼器的长径比 ,用有限差分法建立了挤压油膜阻尼器轴颈在各离散运动状态下的油膜力数据库 ,直接或通过插值求得对应运动状态下的非线性油膜力 ,从而有效地解决了非线性油膜力的快速计算问题。实际算例计算结果表明 ,该方法无论在速度还是在精度上都能满足要求 ,对实际转子系统的动力特性分析及优化设计具有一定的应用价值。

挤压油膜阻尼器—转子系统碰磨分叉的参数特性研究

研究支承在挤压油膜阻尼器上的单盘转子系统的碰磨故障的分叉响应特性。详细分析系统各参数对系统非线性响应特性的影响。发现系统参数具有很强的耦合特性 ,这种特性使系统响应呈现更加复杂的运动状态。转速比对系统响应的影响很大 ,但系统如果保持在一定的转速比区间内 ,系统依然可以保持稳定的周期状态。不平衡参数对系统响应的影响较大 ,而挤压油膜阻尼器对系统有很好的减振作用 ,尤其是在高转速区效果更加明显。取较大的碰磨摩擦因数 ,可以使系统响应处于周期响应区。

基于弹簧-磁流变阻尼器的拉索攀爬机器人减振机构及控制方法

拉索攀爬机器人在运行过程中受振动的影响,会出现打滑等爬升不稳定现象。为解决这一问题,首先,针对典型拉索攀爬机器人系统进行试验,分析振动环境下导致机器人速度波动的主要因素。然后,提出一种可调阻尼的弹簧-磁流变阻尼加载机构,并给出了输出力模型。进而,以拉索攀爬机器人系统的动力学模型为基础,建立以期望爬升速度为输入变量,电流值为输出变量的模糊PID控制器。最后,为验证以上理论的正确性,对所提出的弹簧-磁流变阻尼器和模糊PID减振控制方法进行了仿真和试验。结果表明,阻尼器的理论最大输出力为492 N,与实际测试值基本一致,平均相对误差约为3%;基于弹簧-磁流变阻尼器的模糊PID减振控制方法可将拉索攀爬机器人的速度波动控制在0.013 m/s范围内,显著提升了机器人爬升的稳定性。

基于MRD优化布置的水轮发电机组碰摩系统振动抑制

针对水轮发电机组转子-转轮系统碰摩故障问题,采用磁流变液阻尼器(magneto-rheological damper,MRD)对轴系振动进行抑制,旨在探究MRD对机组轴系振动的影响规律及其对系统碰摩故障的抑制效果。首先,将机组轴向位置函数引入MRD非线性动力学模型,推导了碰摩故障下含轴向分布参数的MRD-转子-转轮系统动力学方程。其次,基于数值模拟方法,以机组转速为控制参数对比分析了是否考虑MRD的转子-转轮系统非线性动力学行为。最后,研究了不同MRD轴向布置参数对碰摩转子-转轮系统动力学行为的影响。研究结果表明:MRD的加入对转子、转轮非稳态运动具有良好约束作用,能够显著减小转子、转轮振动幅值,有效避免了机组轴系碰摩故障的发生;当阻尼器位置参数s_(1)、s_(2)分别取0.25与0.95时,MRD对系统的减振效果最佳。通过在机组轴系合理布置MRD,可有效改善系统振动情况,从而为水轮发电机组振动控制提供有益指导。

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。

MR-TMD减振系统对连续箱梁桥振动控制研究

MR-TMD阻尼器是在调谐质量阻尼器(TMD)的基础上与磁流变阻尼器(MR)联合使用的一种新型结构半主动振动控制装置。在考虑轨道不平顺的影响下,建立了列车-桥-阻尼器耦合动力学模型。采用自主研发的高速铁路车-桥-轨动力耦合仿真分析平台(TDBCA1.0),以德国ICE3高速列车通过(80+128+80)米连续箱梁桥为例,分析了轨道不平顺对桥梁振动的影响,比较了TMD阻尼器和MR-TMD阻尼器的减振效果。结果表明,轨道不平顺对桥梁竖向位移影响较小,对桥梁振动加速度影响较大,列车速度越快,对桥梁振动加速度的影响越大。MR-TMD阻尼器对连续箱梁位移峰值影响较小,但能在很大程度上控制振动加速度。MR-TMD减振效果优于TMD阻尼器。