风、冰荷载联合作用下的海上单桩风机结构TMD减振控制模拟

寒冷地区海上风机结构受到复杂环境荷载作用,易出现振动安全性问题。文章以某6.45 MW海上单桩风机结构为例,施加风、冰荷载联合作用,对比分析多重调谐质量阻尼器(MTMD)系统减振前后的结构振动响应。结果表明:风、冰荷载会引起风机塔架的剧烈振动响应,最大位移响应出现在风机塔顶,最大加速度响应出现在结构二阶振型幅值点附近;除了前两阶频率,风、冰荷载还会激起塔架结构的更高阶响应;同时控制结构一二阶频率的MTMD方案可有效控制塔架位移、加速度和倾覆力矩响应,减振效果明显,但调谐质量阻尼器(TMD)装置存在频率敏感性,无法控制更高阶频率引起的结构振动响应。

一种组合型质量阻尼器的振动台试验研究

基于液体调谐和颗粒碰撞协同减振的原理,提出一种组合型质量阻尼器,并对其开展振动台试验的初步研究。对比考察某单自由度结构不附加、附加组合型质量阻尼器、附加传统质量阻尼器和附加传统液体阻尼器在三种不同地震波激励下的动力响应,验证组合型质量阻尼器的减振工作性能。试验研究表明:无论是从峰值加速度衰减率,还是均方根加速度衰减率来看,新型组合型质量阻尼器的减振性能基本优于传统质量阻尼器;传统阻尼器的减震效果更易受激励地震波特性的影响;组合型质量阻尼器在全频带内均有减震效果,低频内减震效果更佳;且其减震效果对地震波幅值变化不敏感,系统鲁棒性较好。

动力机器基础振动与设计若干问题的讨论

讨论了《动力机器基础设计规范》(GB 50040-96)中的若干问题,包括质-弹-阻模型、地基动力参数、荷载组合和基础的构造要求等几个方面。对动力响应,基于弹性半空间理论定义质-弹-阻模型中引入的各个参数(频变),基于该模型计算稳态荷载或暂态荷载作用下基础的动力响应;引入承载力、变形和稳定性等的验算,并在基础的形状尺寸、埋深、材料、配筋等构造方面为设计人员提供指导;对基础的重要程度进行分类,对重要基础,特殊场地条件下的基础,建造时宜考虑沉降等观测手段,及可改变基础固有特性和加固维修等相关的措施。

超高层建筑结构组合调谐风振控制系统

为充分利用调谐液体阻尼器(TLCD)的经济性和调谐质量阻尼器(TMD)的高效性,提出一种TLCD与TMD相结合的组合调谐阻尼器(CTD),从理论上说明CTD的合理性,推导其运动方程,引入协同损失因子评价其减振性能,并与TLCD和TMD的减振效果进行对比分析.研究表明:CTD不同参数配置时,协同损失因子不同,可达35%;相同参数配置下,CTD减振效果介于TMD和TLCD之间.综合经济和效率因素,CTD是一种很有竞争力的减振手段,具有广阔的工程应用前景.

高层建筑被动混合控制的波动分析

本文提出了一种将基础隔震系统与调频质量阻尼器（ＴＭＤ）相结合的被动混合控制系统、计算了带有基础隔震系统，调频质量阻尼器（ＴＭＤ）及其混合控制系统的高层建筑在地面水平运动作用下的振动波及其功率流大小。文中比较了不同控制结构在１９４０ＥｌＣｅｎｔｒｏ地震动作用下的加速度峰值、层间位移峰值和最大层间剪力值。理论及数值结果表明：这种被动混合控制系统能够非常有效地抑制强地面运动作用下高层建筑的振动，它不仅大大地减小了地面运动输入到上部结构的振动功率流，而且明显地降低了基础隔震系统内部的振动功率流，从而保证了中高层基础隔震建筑物在强地面运动作用下既有较好的隔震效果，又有较强的稳定性和完整性。

高精度数控内圆磨床开发设计中的关键技术研究

结构动力学优化设计是提高机床加工精度的有效途径。本文分析了高精度数控内圆磨床开发设计中的几项关键技术 :部件结构动力学优化的灵敏度分析、结合面动力学模型修正、主轴系统模型修正与优化的BP神经网络、分布频率的多重调谐阻尼器 (MTMD)抑制振动。利用上述技术开发的MK2 12 0A新型数控内圆磨床内孔磨削圆度已达 0 0 0 0 8～ 0 .0 0 11mm ,圆柱度 0 .0 0 15mm ,粗糙度Ra0 .1μm ,消除了表面的磨削振纹 ,而且整机重量比原磨床有大幅下降。

风浪联合作用下海上风力涡轮机的碰撞阻尼减振控制

提出利用碰撞调谐质量阻尼器(Pounding Tuned Mass Damper,PTMD)控制近海单桩风力涡轮机塔身在风浪联合作用下的结构振动。为此,利用拉格朗日方程推导风浪联合作用下风机与PTMD的耦合动力方程并据此分析了相关控制效果。具体而言,结构模型方面,以美国国家可再生能源实验室(NREL)的5 MW基准单桩海上风力涡轮机为研究对象,利用非线性黏弹性模型描述阻尼装置的碰撞过程,并在塔体模型中考虑基础土壤效应。风浪外荷载方面,采用考虑普朗特叶尖损失因子(Prandtl’s Tip Loss Factor)和格劳厄特校正(Glauert Correction)的叶素动量法计算风湍流作用在叶片上的气动荷载,并利用Morison方程计算满足JONSWAP谱的随机波浪荷载。研究发现,碰撞调谐质量阻尼器对塔顶响应的控制效果较好;引入的碰撞机制使调谐质量阻尼器鲁棒性提高,使之在参数失调的情况下仍能保持较好的振动控制效果。

考虑装置失效的高层建筑舒适度生命周期设计

鉴于个体对风致振动反应的不确定性及差异性,结合日本的AIJ(Aruitectural Institute of Japan,简称AIJ)标准,建立评价高层建筑风振舒适度性能水平的感振率模型,对基于可靠度理论的生命周期费用模型进行修正,并在模型中考虑了风振控制装置失效对结构舒适度性能的影响。利用修正模型对高层建筑调频质量阻尼器(tuned mass damper,简称TMD)、调频液柱阻尼器(tuned liguid column damper,简称TLCD)以及组合调谐阻尼器(combined tuned damper,简称CTD)安装与否进行投资决策。研究表明:考虑振动装置失效时结构1年内的感振率可达到不考虑装置失效时的1.4~3倍;基于修正模型进行各阻尼器方案比选时,CTD的减振效率和生命周期费用都介于TMD和TLCD之间,是个很有竞争力的选择。

用于结构振动控制的MTMD设计模型及最优设计参数

多重调谐质量阻尼器 (MTMD)是由许多频率成线性分布的调谐质量阻尼器组成。可能的系统参数组合形成 5种MTMD模型 (即MTMD 1～MTMD 5 )。基于在基底加速度作用下具有一般MTMD时结构的位移传递函数 ,建立了MTMD 1～MTMD 5位移动力放大系数 (DDMF)的统一模式。利用DDMF和数值寻优技术得到了 5种MTMD模型的最优设计参数。最优设计参数包括 :最优频率间隔、最优阻尼比和最优调谐频率比。这些最优设计参数可为工程设计直接使用。数值分析表明 :使用MTMD来控制结构的地震反应时 ,应同时选择MTMD 1和MTMD 5两种模型 ,经综合分析比较而确定。

绵阳三江大桥叠层曲线组合斜拉桥设计理念和关键技术

绵阳三江大桥是由空间索面曲线钢箱梁人行斜拉桥和单索面混凝土箱梁车行斜拉桥叠置并共用桥塔组合而成的新型结构体系。该桥将斜拉桥的刚劲和曲线桥的柔美巧妙地结合,结构新颖,造型独特,富有韵味,具有较高的技术难度和科技含量。以绵阳三江大桥为例介绍叠层曲线组合斜拉桥设计的理念和关键技术。

不同参数组合的最优多重调谐质量阻尼器

多重调谐质量阻尼器(MTMD)是由许多频率成线性分布的调谐质量阻尼器组成.可能的参数组合形成5种MTMD，即MTMD-1～MTMD-5.基于一般MTMD的传递函数，建立了MTMD-1～MTMD-5位移动力放大系数(DDMF)的统一模式.利用DDMF和数值搜寻技术进行了参数研究.参数包括频率间隔、阻尼比、调谐频率比和总数.研究表明：在工程应用中应优先选择MTMD-1.

斜拱曲梁桥人致振动舒适度与减振研究

该文以首座跨越珠江的斜拱曲梁人行景观桥——广州海心桥为研究对象,系统开展其人致振动舒适度与减振控制研究。海心桥采用拱肋外倾10°的斜拱曲梁固结体系,其主拱跨度为198 m,矢跨比约为1/3.5。主桥跨中桥面宽15 m,桥面由圆弧型快、慢行道组成。由于桥梁处于高密度人群区,且结构体系柔度大、受力复杂,人行舒适度问题很突出。为此,该文建立精细化3D有限元模型,通过特征值分析确定人振动荷载敏感频率范围,判别步行力敏感模态阶数,构建对应的步行力荷载。通过时域分析法获得对应的峰值加速度阈值以及舒适度指标完成了人行舒适度评价。提出了安装质量调谐阻尼器以提高桥梁舒适度等级的减振方案,并对阻尼器的安装位置、阻尼、刚度和质量进行了优化设计,有效提高了桥梁的人行舒适度。该文研究结果可为同类型桥梁的人行桥舒适度评价提供参考。

基于系统参数组合多重调谐质量阻尼器减震模型冲程的评价

多重调谐质量阻尼器（MTMD）是由多个固有频率成线性分布的调谐质量阻尼器（TMD）组成。可能的MTMD系统参数组合形成5种MTMD即MTMD-1-MTMD-5。基于建立的MTMD-1-MTMD-5结构系统传递函数和动力放大系数（DMF），定义了求解MTMD-1-MTMD-5最优参数的优化准则。利用求得的MTMD-1-MTMD-5最优频率间隔、阻尼比和调谐频率比，评价了MTMD-1-MTMD-5的冲程情况。

人行荷载下大跨度楼盖MTMD参数与位置联合优化方法研究

在面对大跨度楼盖因人引起的竖向振动问题时,采用多重调谐质量阻尼器(MTMD)可有效控制结构振动响应;目前,在MTMD参数优化方面的研究已经很完善,但在位置优化方面尚无一个行之有效的方法。为此,分析了楼盖—MTMD运动方程中的位置相关项,研究了位置在MTMD减振控制中的参与途径,结合有限元法和振型分解法提出了MTMD位置优化方法,在此基础上制定了MTMD参数与位置联合优化策略;以某张弦梁-混凝土板组合楼盖为例进行了MTMD参数与位置设计,比较了不同优化方法下减振体系的减振效果。结果表明,经联合优化策略优化的MTMD拥有更佳的减振性能,可应用于同类大跨楼盖MTMD控制参数设计。

组合式悬臂梁吸振器的双自由度吸振研究

针对双方向震动的杆梁结构,设计一种双自由度组合式悬臂梁吸振器,可实现对被减振结构横纵两个方向上的吸振。建立双自由度组合式悬臂梁吸振器动力学模型,按照单自由度吸振器的方法设计吸振器参数,将吸振器建模并安装在横纵两方向固有频率不同的杆梁结构上,并通过有限元软件进行谐响应分析,观察主系统安装本吸振器前后的位移峰值变化。结果表明,对于横纵两方向共振频率不同的杆梁结构,在安装该吸振器后,在双方向上的减振效果均达到了25 dB以上。

近场脉冲型地震作用下TMDI隔震结构的随机动力响应及参数优化

近场脉冲型地震作用下基础隔震结构(Base Isolation Structure,BIS)的隔震层位移过大会导致隔震层破坏,安装调谐质量惯质阻尼器(Tuned Mass Damper Inerter,TMDI)形成的BIS-TMDI系统能有效减小隔震层位移.然而,从随机振动的角度考察近断层脉冲型地震作用下BIS-TMDI系统的随机动力响应及其参数优化少有研究.为此,采用确定性窄带谐波和宽带随机激励之和模拟近场脉冲型地震动,并提出使用统计线性化方法计算近场脉冲型地震激励下受控结构的随机动力响应.该方法的核心在于将非线性动力方程等效地分解为两组耦合的分别以确定性响应和宽带随机响应为未知量的非线性微分方程.利用统计线性化方法处理得到随机微分方程,并联立确定性微分方程得到总响应.研究表明:结构确定性和随机响应分量是耦合的,脉冲激励会引起随机响应标准差的大幅抖动;TMDI能有效地减小隔震层位移;需要同时考虑确定性和随机响应分量才能更好地在概率意义上优化TMDI控制参数.

风浪联合作用下驳船型海上浮式风机的PTMD减振控制

提出通过碰撞调谐质量阻尼器(PTMD)抑制海上驳船型漂浮式风机在风浪作用下的系统面内振动响应。首先,以ITI Energy Barge浮式平台为下部支撑,搭载美国国家可再生能源实验室(NREL)提出的5MW风机为研究对象,建立16-DOF全耦合动力模型,并与OpenFAST对比验证准确性。利用考虑Prandtl修正和Glauert修正的叶素动量理论计算风荷载导致的气动力,通过线性势流理论计算波浪力,准静态法计算系泊力,发电机采用恒功率策略并搭配叶片集体变桨控制。而后进一步引入非线性粘弹性碰撞模型,研究置于机舱中的PTMD对Barge型浮式风机面内振动响应的控制效果,并对碰撞参数进行优化。结果表明,PTMD对浮式风机平台横摇和塔架纵向位移有显著减振抑制作用,同时对振子行程有着较好的约束能力。