车-轨-桥动力系统中Rayleigh阻尼参数分析

针对车-轨-桥动力系统中Rayleigh阻尼参数的取值问题,以高速铁路40m简支梁桥、板式无砟轨道和高速列车为对象,采用桥梁动力分析程序BDAP V2.0分析了结构阻尼比和参考频率选取对耦合系统动力响应的影响规律,并基于Rayleigh阻尼模型的带通滤波特征提出了车-轨-桥动力系统中Rayleigh阻尼参数的统一取值方法。结果表明:桥梁位移、加速度、脱轨系数和轮重减载率均随阻尼比的增大而减小,但车体加速度随阻尼比的增加变化却不大。当阻尼比ξ和参考频率ωi一定时,增大参考频率ωj相当于降低阻尼比ξ,车桥系统的动力响应随之增大。在车-轨-桥动力系统中,建议结构阻尼比ξ根据材料类型取较小值,参考频率ωi取结构基频ω1,ωj取轨道几何不平顺产生的最高激振频率ωf=最高车速/轨道几何不平顺最小波长。

动力松弛方法中Rayleigh阻尼参数取值分析

论文阐述了动力松弛法计算静力问题的原理,分析了Rayleigh阻尼对计算的影响,提出了一种对质量阻尼和刚度阻尼参数取值的新方法。这种取值方法可以避免计算结果的振荡和过塑性的问题,并利用实例计算进行了对比分析,验证了本文中Rayleigh阻尼取值的合理性。

双重电磁谐振式调谐质量阻尼器的参数优化及对结构减振分析

利用电磁阻尼单元代替经典调谐质量阻尼器中的黏性阻尼单元,形成一种具有结构减振功能的新型电磁谐振式调谐质量阻尼器(electromagnetic shunt tuned mass damper,EMS-TMD)。为进一步提升阻尼器的减振性能和鲁棒性,设计了双重电磁谐振式调谐质量阻尼器(DEMS-TMD)减振方案。依据达朗伯定理,建立地震作用下DEMS-TMD与单自由度结构耦合振动系统的动力学模型。利用蒙特卡洛-模式搜索法数值优化方法,以主结构位移的动力放大系数最大值最小为目标函数,优化得到DEMS-TMD的结构频率比、电子频率比、电磁阻尼比和机电耦合系数的最优参数,为减振参数设计提供理论指导。通过频域和时域两种方法仿真分析了DEMSTMD对结构的减振性能。结果表明:在频域分析中,DEMS-TMD的主结构位移峰值和频响面积均优于传统并联双调谐质量阻尼器(double tuned mass damper,DTMD);在时域分析中,DEMS-TMD对结构位移、加速度峰值和均方根的减振性能均优于传统DTMD,有效地提高了对结构的减振效果。

重力参数对非阻塞性颗粒阻尼减振特性的影响

针对非阻塞性颗粒阻尼(Non-obstructive Particle Damping,NOPD)在微重力、超重及离心等非常态环境中减振效果较差的问题,采用重力加速度表征这些非常态物理环境,利用离散元法(Discrete Element Method,DEM)研究重力参数对NOPD减振特性的影响,同时还分析NOPD最优填充比及最优粒径比等结构参数在不同重力条件下的变化规律。研究表明,重力加速度在0.7~1.0 g之间时NOPD减振效果最好。在微重力环境下,当重力参数变化时,NOPD最优填充比为0.85,最优粒径比为0.45。而当重力加速度大于1 g时,NOPD最优填充比及最优粒径比均随重力加速度的增加而减小,且其最优范围也均有所扩大。

调谐惯质阻尼器动力试验和参数识别

研发了一种新型调谐惯质阻尼器(TVMD)装置,该装置分别采用电涡流与金属弹簧作为TVMD的阻尼元件与弹簧元件.首先,对该TVMD装置进行动力试验,研究其动力特性.然后,提出4种基于试验数据识别TVMD参数的方法,即峰值点拟合法、滞回曲线拟合法、时程拟合法和传递函数拟合法.动力试验结果表明:TVMD具有惯性质量放大效应和阻尼增益效应;弹簧元件和惯容元件均表现出理想的线性特性,而阻尼元件由于电涡流阻尼固有属性和TVMD装置中存在的摩擦,表现出非线性特性.参数识别结果表明:4种方法均能合理确定TVMD参数,其中,传递函数拟合法能提供用于调谐设计的等效阻尼系数,而其他3种方法能识别非线性阻尼模型的参数;滞回曲线拟合法和时程拟合法具有更高的参数识别精度,而峰值点拟合法和传递函数拟合法具有更高的计算效率.

磁流变阻尼器Bingham力学模型改进及参数辨识

磁流变阻尼器不仅具有阻尼快速响应、良好的温度稳定性、内部结构简单等优势,而且可以通过调节控制电流使阻尼器的出力值连续变化,实现阻尼力可控。由于磁流变阻尼器阻尼特性与内部磁流变液的磁流变效应有关,具体表现非常复杂,现有力学模型目精度不足,无法精确描述磁流变阻尼器的阻尼特性。在磁流变阻尼器力学性能测试基础上,应用分段拟合函数方法同时结合反正切函数模型改进模型,并辨识改进后力学模型中各参数。将改进后的Bingham模型与实际测试出力值进行对比,结果表明改进后的Bingham模型能够很好地解决Bingham力学模型在非线性滞回阶段出力值曲线与实际测试数据不符的问题,改进后模型总体出力值曲线与阻尼器实际出力值基本相同,模型精度大幅提升。此种改进方法为磁流变阻尼器建立高精度力学模型提供参考。

并阻尼谐振接地系统对地参数测量与高阻故障选线新方法

针对谐振接地系统对地参数测量不准确以及高阻接地故障选线困难的问题,提出了并阻尼谐振接地系统对地参数测量与高阻故障选线新方法。基于消弧线圈并联阻尼电阻的投切特性,利用投切阻尼电阻前后零序电压幅值与相位的变化关系,测量系统对地电导与电容参数。在系统正常运行时,通过调整并联阻尼电阻值大小,测量各馈线零序导纳值。在发生接地故障后退出阻尼电阻,测量故障后各馈线零序导纳值,可消除系统参数不对称、互感器采样不同步的影响,主动构造故障前后各馈线的零序导纳相角差,实现故障线路的准确判别。在PSCAD仿真环境下对所提方法进行验证,结果表明:所提方法能够精确测量对地电导与电容参数,测量相对误差不高于0.6%;在不同馈线、不同过渡电阻下发生接地故障时,能准确判别故障线路,耐过渡电阻能力达10 kΩ。

调谐负刚度-惯容质量阻尼器参数优化与地震响应控制

提出一种调谐负刚度-惯容质量阻尼器(TNIMD),用于地震作用下的结构减震控制。通过拉格朗日方程得到结构TNIMD耦合系统运动方程,采用定点理论进行TNIMD参数优化设计,讨论最优负刚度系数的取值,开展参数分析和减震效果验证。参数分析研究表明:TNIMD对主结构位移响应的控制优于无负刚度元件下的调谐惯容质量阻尼器(VTMDI),且质量比及惯容比越小,TNIMD相对优势越大。减震分析结果表明:在远场、近场脉冲及近场无脉冲地震作用下,TNIMD对主结构位移及绝对加速度响应的控制效果均优于VTMDI,验证了TNIMD减震的优越性,为TNIMD研究提供参考。

联合噪声驱动下耦合记忆阻尼Rayleigh振子族的节律模式过渡分析

提出引致联合噪声驱动下耦合记忆阻尼Rayleigh振子族的单节律性(monorhythmicity)、双节律性(birhythmicity)及三节律性(trirhythmicity)振态模式过渡的参数设计方案.应用多尺度扩展、随机平均等方法分析耦合记忆阻尼的随机Rayleigh振子族(8阶、6阶及4阶变体)的振荡响应,利用振幅、联合相态及其投影与截面概率密度以及最可能振幅及其反解的参数关系等多元化方式定性评价并定量测算振子族的过渡行为,初步辨识Rayleigh阻尼变体系数、记忆阻尼重要参数引致节律模式过渡行为的数量关系.注意到8阶Rayleigh阻尼振子振态出现三节律性模式,获得优化的记忆阻尼模型的振态反馈因子、广义弹性模量与Rayleigh阻尼变体系数及随机载荷参数联合有效控制不稳定振态的样本方案.同步采用Runge-Kutta数值技术展示该随机Rayleigh振子族的相态时空演化序列,可观察到间歇现象,进一步揭示吸引子变化规律.模拟振态概率密度以说明解析方法的可靠性,并得到联合噪声对振子的影响机制.基于振态概率密度集成Shannon熵,分别关于Rayleigh变体系数、记忆阻尼重要参数、随机载荷参数测算Shannon熵、熵变化率及熵-熵变化率联合指标,发现这些熵指标(尤其熵变化率及关联指标)值发生显著变化时可以指示振子族过渡行为的临界态,同时不再局限于单点估测而提供引致节律模式过渡的参数的参考设计范围.文章的探索方法及路径为相关工程交叉应用场景的振动控制及所需的振态模式设计发展了新的改进思路.

弹簧-坡面变摩擦阻尼器参数研究

本文是针对变摩擦阻尼器无系统研究方法及具体规范的支撑。通过理论推导得出单自由度体系在谐振激励下结构位移、耗能比计算公式并确定摩擦系数、坡面长度、坡度和碟簧刚度等为影响弹簧-坡面变摩擦阻尼器力学性能的重要参数,采用自编程序对弹簧-坡面变摩擦阻尼器进行参数分析,研究结果发现:(1)弹簧-坡面变摩擦阻尼器摩擦系数宜取0.5以上;(2)宜适当增加坡面长度且平面段长度宜小于结构屈服位移;(3)当弹簧-坡面变摩擦阻尼器耗能不足时,宜优先考虑增大坡度;(4)当增大坡度仍无法满足弹簧-坡面变摩擦阻尼器耗能需求时,可考虑增大碟簧刚度。研究结果为实际工程应用中弹簧-坡面变摩擦阻尼器参数确定提供参考。

磁流变阻尼假肢膝关节的参数设计与特性研究

设计了一种基于磁流变阻尼器的假肢膝关节,利用拉格朗日理论建立假磁流变阻尼肢膝关节的动力学模型。对设计的磁流变阻尼假肢膝关节进行参数化设计,采用ADAMS仿真软件对参数化后的假肢进行仿真,分析了不同路面条件下假肢的驱动力矩和磁流变阻尼器的阻尼力。结果显示:在摆动期,磁流变阻尼假肢的驱动力矩发生了显著的变化,需要较大的驱动力矩。在摆动阶段,磁流变阻尼器的阻尼力较大,相对于平地行走和上楼梯而言,磁流变阻尼器输出的阻尼力在下楼梯时更大。因此,基于磁流变阻尼器的假肢膝关节为后续研究奠定了一定的理论基础,通过一系列的参数化设计,使得磁流变阻尼假肢膝关节满足性能要求。

嵌入式共固化缝合阻尼复合材料面内弹性参数

嵌入式共固化缝合阻尼复合材料(embedded co-cured stitched damping composite, ECSDC)相对于传统的复合材料具有高比刚度、高比强度,高层间结合性能及三向力学可设计性等优点。ECSDC在共固化时蒙皮中的树脂处于熔融态后沿缝线贯通整个层合结构形成“复合钉”,复合钉的引入会导致纤维增强阻尼薄膜的面内力学性能分布不均,对ECSDC结构的理论分析造成困难。针对该问题,应用复合钉贯通的面内纤维折线变形模型,将变形区域进行划定,分别建立经、纬纱变形区,富树脂区,缝线等各区域的面内等效弹性参数理论模型,由此过渡到ECSDC结构。采用一个算例,运用ANSYS有限元模拟和Matlab数值计算研究了ECSDC典型结构,并与文献值进行对比,三者所得的结果吻合较好,验证了该理论模型和方法的准确性。在此基础上,用验证的理论模型研究了设计参数对ECSDC面内等效弹性参数的影响。该解析模型建模方法为研究胞元结构复合材料的力学性能提供了参考,为ECSDC结构的动力学与几何非线性研究提供基础。

单轴压缩试验法向临界阻尼比对岩石宏观参数的影响研究

为研究法向临界阻尼比对岩石的宏观参数的影响,基于单轴压缩试验,采用PFC^(2D)数值模拟软件,通过前期标定,完成试样模型的建立,并通过改变法向临界阻尼比,研究其对峰值强度、弹性模量、泊松比、试样能量损耗的影响,同时观察试样破坏形态的改变。结果表明,法向临界阻尼比对峰值强度、泊松比影响较大,对弹性模量影响较小,随着法向临界阻尼比的增大,试样的能量损耗和破坏形态都有先减少后增大的趋势。

装配整体式黏滞阻尼器减震框架试验及参数分析研究

对一种普通装配整体式框架结构与配置黏滞阻尼器的装配整体式减震框架进行了动力试验与有限元对比分析研究,试验与有限元结果吻合较好,并对普通装配式框架与装配式黏滞阻尼器减震框架进行对比分析,在此基础上进行拆除黏滞阻尼器的带连接墙的装配式框架与黏滞阻尼器跨内不同布置位置的参数影响分析研究。结果表明:黏滞阻尼器在装配式框架中具有良好的减震效能,且能够延缓梁端塑性铰的开展,而阻尼器连接墙的存在可以提高框架的刚度,但会削弱构件的最大承载力。黏滞阻尼器在跨中与跨边布置均能有效提高结构承载力,其中跨内中部布置黏滞阻尼器相较于端部阻尼器布置能够更好地发挥减震效能,说明黏滞阻尼器在端部布置削弱了装配式黏滞阻尼器减震框架的承载力,该研究可为装配式结构减震方案优选提供帮助。

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.

摇摆双调谐质量阻尼器参数优化及动力性能研究

提出了一种具有更广调频宽度的摇摆双调谐质量阻尼器(dual-tuned mass damper,RDTMD)。首先,建立了单自由度RDTMD减振系统在简谐激励作用下的动力方程,推导得出其位移动力放大系数表达式;然后,基于RDTMD的优化评价函数,编译参数优化程序,获得RDTMD的全局最优参数以及条件最优参数;接着,探讨了阻尼器各参数对系统动力放大系数和调频宽度的影响规律,并对影响其鲁棒性的关键参数做了分析;最后,与传统DTMD、MTMD、TMD的减振效果和鲁棒性做了对比分析。分析结果表明:采用RDTMD对结构进行控制可有效降低主结构的动力响应;RDTMD的调频宽度更广,提高了阻尼器对主结构高阶振型的控制能力;在对装置鲁棒性的影响更大的主结构固有频率方面,RDTMD的鲁棒性明显优于其他同类阻尼器,是一种理想的减振控制装置。

基于塔架主动阻尼控制的风电机组变速控制参数优化策略研究

考虑风电机组控制参数相互耦合,为解决控制参数不精确以及控制目标难以兼顾问题,提出一种基于塔架主动阻尼控制的自适应变速控制参数优化方法。首先,基于转矩-转速系统和塔架侧向主动阻尼控制完成数学和动力学建模,并计算主动阻尼增益初始值。其次,为便于整定PI控制参数和分析计算,针对惯性较大的转矩-转速系统采用Routh法将其辨识为低阶惯性系统,进而采用时间加权绝对误差积分准则整定变速系统PI控制参数初始值。最后,为保持最优控制状态,基于灾变遗传算法优化各风速点变速系统PI控制参数和主动阻尼增益,并将其分别与风速拟合构建自适应控制。算例分析通过比较频域特性、控制精度、塔架振动和载荷情况验证了所提方法的有效性。

阻尼模型的力学机制及对钻柱动力学特性的影响

钻柱动力学特性模拟中普遍采用Rayleigh阻尼模型来反映阻尼(包括钻井液阻尼)的作用,但很少关注选用该模型的合理依据,且其阻尼系数主要依赖经验确定.首先,在考虑非线性和钻井液阻尼作用的基础上建立了钻柱动力学有限元模型,实现钻柱动力学特性的模拟,然后,研究较为典型的Rayleigh阻尼模型、Caughey阻尼模型、Clough阻尼模型的力学机制及其内在联系,并基于实际算例研究3种阻尼模型对钻柱动力学特性的影响,比较不同阻尼模型下钻柱的横向位移、横向加速度、以及涡动轨迹和涡动速度.结果表明,l取−2∼1时的Caughey阻尼模型的阻尼值偏小,未能起到阻尼的黏滞作用,而l取其他数值时阻尼值又过大,可见取4项的Caughey阻尼模型并不适用于钻柱动力学模拟计算.Rayleigh阻尼模型和Clough阻尼模型可以有效反映钻井液的阻尼效应,所得钻柱动态特性比较贴合实际振动情况,但前者形式简洁,便于计算,更适用于目前钻井工程中的钻柱动力学模拟.

六参数实用黏弹性阻尼结构基于Davenport风谱风振响应的复模态法

针对六参数实用黏弹性阻尼耗能结构,基于Davenport风速谱系列响应问题进行了系统的研究.首先,利用六参数黏弹性阻尼器的微分型本构关系,建立了耗能结构基于Davenport风速谱激励下的运动方程;然后,运用复模态法将耗能结构的运动方程由二阶微分方程转化为一阶方程,获得了耗能结构系统对风振激励响应的频域解和功率谱密度函数表达式;最后,利用数学恒等式,基于随机振动理论获得了耗能结构系统在Davenport风速谱激励下的响应和阻尼器受力的解析解.该文方法不仅考虑了结构系统在风振激励作用下全振型展开的结果,表达式较现有结果更为简便,效率及精度更高,且适用于非经典阻尼结构.

摩擦-椭圆形截面软钢棒复合阻尼器参数优化分析

近年来,椭圆形截面构件开始被应用于工程领域以满足特定结构的抗震性能要求。为了提高结构整体的抗震和耗能能力,提出一种摩擦-椭圆形截面软钢棒复合阻尼器(FOSRCD)并阐明其工作原理;在此基础上,对其主要分体软钢棒阻尼器进行有限元分析和参数优化。结果表明:软钢棒阻尼器的性能与软钢棒参数和数量有关。在软钢棒参数选择上,为获得合适的刚度和更大的耗能能力,短长径比应较大,以2/3~5/6为最优;颈缩比应较小,取1/3~1/2为最优;高径比应适中,取5~6为最优。不同位移幅值下,软钢棒阻尼器性能良好,在两个方向均能提供稳定的耗能能力,耗能系数均超过2.2,等效阻尼比均超过0.36。当软钢棒阻尼器使用在FOSRCD中时,能够提供稳定的阻尼和良好的耗能能力。