The Effect of Mass Ratio and Air Damper Characteristics on the Resonant Response of an Air Damped Dynamic Vibration Absorber

In this paper, it is shown that, a road vehicle 2DOF air damped quartercar suspension system can conveniently be transformed into a 2DOF air damped vibrating system representing an air damped dynamic vibration absorber (DVA) with an appropriate change in the ratio μ of the main mass and the absorber mass i.e. when mass ratio μ >> 1. Also the effect of variation of the mass ratio, air damping ratio and air spring rate ratio, on the motion transmissibility at the resonant frequency of the main mass of the DVA has been dis- cussed. It is shown that, as the air damping ratio in the absorber system increases, there is a substantial decrease in the motion transmissibility of the main mass system where the air damper has been modeled as a Maxwell type. Optimal value of the air damping ratio for the minimum motion transmissibility of the main mass of the system has been determined. An experimental setup has been designed and developed with a control system to vary air pressure in the damper in the absorber system. The motion transmissibility characteristics of the main mass system have been obtained, and the optimal value of the air damping ratio has been determined for minimum motion transmissibility of the main mass of the

地震作用下调谐黏滞质量阻尼器阻尼比增效效应与优化设计研究

调谐黏滞质量阻尼器(Tuned Viscous Mass Damper,TVMD)是一种有效的被动惯容减震装置,本文针对地震作用下建筑结构TVMD阻尼比增效效应与优化设计展开研究。将TVMD对结构自身阻尼耗能功率的控制效果归纳为TVMD等效附加阻尼比,并基于随机振动理论推导了等效附加阻尼比的理论表达式。为了使TVMD更具实际应用价值,TVMD理论上应取得比同阻尼系数的黏滞阻尼器(VD)更大的等效附加阻尼比,这一现象定义为TVMD阻尼比增效效应,并定义了阻尼比增效系数来量化评估阻尼比增效效应。将等效附加阻尼比和阻尼比增效系数均作为优化目标,提出了TVMD最优设计参数理论解。参数分析结果表明,本文解具有良好的稳定性和适用性,为了更高效地发挥阻尼比增效效应,推荐TVMD质量比不超过0.3或阻尼比不超过0.1。以某七层标准钢框架结构作为工程算例展示了TVMD设计流程,并验证了本文解的有效性和优越性。算例分析结果表明,使用本文解设计TVMD能显著放大其阻尼元件变形,表现出了理想的阻尼比增效效应。与传统解相比,本文解还具有另一个明显优势,即保证TVMD的减震效果优于同阻尼系数的VD,不存在减震效率问题。

大跨度桥梁超低频调谐液体质量阻尼器研发及应用

大跨度桥梁在运营过程中易发生较为明显的超低频振动问题,采用调谐质量阻尼器(TMD)进行控制时,由于箱梁内部空间有限,常规TMD在结构上无法满足要求。基于此,提出一种基于浮力和流固耦合作用的超低频调谐液体质量阻尼器(TLMD)。为研究TLMD对结构的阻尼减振效果,进行模型试验,分析安装TLMD前、后主结构加速度幅值和阻尼比;将该新型超低频TLMD在贵州龙里河大桥上进行实桥应用,测试主梁频率特性和阻尼比。模型试验及实桥应用结果表明:TLMD减振技术可实现0.283 Hz乃至更低频率的超低频阻尼减振;采取TLMD控制后,模型试验主结构的阻尼比从0.038%提高至2.2%,主结构的加速度幅值从减振前的0.41 m/s2降低至0.01 m/s2;贵州龙里河大桥超低频TLMD当采用0.31%的质量比时,主梁一阶竖弯模态实测阻尼比从0.20%提高至0.82%,阻尼比提高了3.1倍。超低频TLMD参数稳定、性能可靠,有效降低了阻尼器的安装高度,显著提升了结构阻尼比,增强了桥梁的抗风性能。

实验教学用可调阻尼液压减振器的解析设计

现有可调阻尼减振器存在成本高、可靠性难保证等诸多缺陷,故汽车平顺性实验中常采用“更换不同被动阻尼减振器”方法测试阻尼对平顺性的影响,但此方法实验周期长、效率低且易造成减振器连接部件损坏。针对此问题,研制一种可调阻尼液压减振器,通过步进电机驱动芯杆与活塞杆相对转动调控节流孔而实现阻尼调节。提出基于汽车悬架系统最佳阻尼比的可调阻尼液压减振器解析设计方法,设计可调阻尼液压减振器的速度特性曲线、阻尼可调区域及阀系参数,并建立阻尼比、可调节流孔面积及步进电机转角间的函数关系。在此基础上,搭建样机并进行台架实验。结果表明:阻尼力实验值与要求值相对偏差小于2.0%,疲劳寿命是实验标准要求的2.1倍以上,表明此减振器满足性能和可靠性要求,说明所提可调阻尼液压减振器解析设计方法的有效性。此减振器用于汽车平顺性实验中可有效提高实验效率且避免减振器连接部件损坏,且可推广应用到减振特性实验及汽车半主动悬架实验等。

某高层钢框架结构组合减震设计

某转化医学中心位于高烈度设防地区、地震重点监视防御区,从减震效果和经济性等方面对不同减震方案进行比选后,选用BRB+VFD组合减震方案,同时提出了阻尼器布置原则。采用有限元法进行弹性和弹塑性时程分析,结果表明BRB+VFD组合减震方案可为主体结构提供一定的附加刚度和附加阻尼比,降低地震作用下基底剪力,延缓主体结构破坏,满足主体结构第二道防线设计要求;VFD在多遇地震、设防地震、罕遇地震作用下均发挥耗能作用;BRB在多遇地震作用下仅提供刚度,在设防地震和罕遇地震作用下进入屈服耗能,提高了结构抗震性能;随着地震烈度的增加,结构附加阻尼比随之增大,有效保证了结构抗震性能。

某工程连廊及不规则悬挑结构振动舒适度分析与控制

针对某工程连廊及不规则悬挑结构,基于MIDAS/Gen软件建立有限元仿真分析模型,按照国内外相关规范,验算结构正常使用时各人行荷载工况下的舒适度。针对不满足要求的结构,开展基于调谐质量阻尼器(TMD)的振动控制分析,并对无控制状态及振动控制后的计算结果进行对比。结果表明:连廊及悬挑结构在人行荷载激励下部分工况下竖向加速度响应超过规范限值,最大可达0.9839m/s^(2),采用TMD系统进行减振控制后,结构加速度响应得到有效降低;对于超限工况,TMD有效减振率在69%以上,最高减振率达90.82%,平均减率为85.59%。

摩擦阻尼器组合支座的隔震优化对比

为解决一种摩擦阻尼器组合隔震支座的有效性及计算方法的问题,研究了用于结构设计有限元建模的组合元件计算模型,包括水平向、竖向刚度和滞回模型。使用有限元软件SAP2000,对比研究了布置有该组合支座的优化隔震方案和传统橡胶支座的隔震优化方案在高宽比不同的高层框架剪力墙筒体结构的抗震性能。结果表明:与传统隔震支座方案相比,组合隔震支座隔震方案可适当延长结构自振周期,减小隔震层侧移,有效降低支座拉应力,提高支座的抗倾覆能力和支座耗能,还可有效降低上部结构的层间剪力及侧移等地震响应,证明组合隔震支座方案较传统隔震支座方案综合性收效明显。

悬索桥竖弯涡振MTMD减振控制效果和参数优化研究

为研究多重调谐质量阻尼器(Multiple Tuned Mass Damper,MTMD)抑制桥梁单阶涡振的性能,建立桥梁结构-MTMD系统竖弯涡振广义单自由度动力方程,以某大跨度悬索桥为背景进行MTMD减振控制效果和参数优化分析。采用数值方法求解动力方程,获得系统在简谐涡激力下达到稳态谐振时结构的动力放大系数和MTMD对结构的附加模态阻尼比,并与单一频率调谐质量阻尼器(Single Tuned Mass Damper,STMD)的减振控制效果进行对比,然后以附加模态阻尼比为目标对MTMD进行参数优化。结果表明:MTMD比最优参数STMD拥有更宽的控制频带和更好的减振效果,经优化后的MTMD减振性能优于最优参数STMD。实际应用MTMD时,应选择较大广义质量、5~7种频率规格,并根据二者找到无量纲频率范围和各TMD阻尼比的惟一最优取值。

基于时程分析方法的黏滞阻尼减震结构附加阻尼比计算研究

附设黏滞阻尼器后结构的附加阻尼比是进行减震结构设计的关键。基于目前计算附加阻尼比时应用得十分广泛的时程分析方法进行研究,首先从基本理论出发,分析基于特征向量法的快速非线性分析(FNA)方法、Ritz向量法的FNA方法、直接积分方法以及与3种计算方法对应的能量比法在附加阻尼比计算时所面临的主要问题及重要参数设置;然后通过一单自由度体系的振动台试验测试结果与各种计算方法的数值模拟结果进行对比分析,得到较为适合的附加阻尼比计算方法;最后将研究成果应用于实际工程结构,进一步验证所推荐方法和参数设置的正确合理性。研究旨在为今后广大一线减震设计工程师计算较为真实的附加阻尼比提供重要参考。

100 m X-BOW型极地探险邮轮局部振动控制

为提高乘客舒适度,利用调谐质量阻尼器(tuned mass damper,TMD)对100 m X-BOW型极地探险邮轮的局部振动进行控制。建立邮轮的有限元模型,进行整船频响分析,通过比较仿真值与测试值间的误差,验证模型的有效性。根据整体模态等价质量求解方法和局部模态质量的空间分布原则,提出混合模态中单个局部模态等价质量的求解方法,利用该方法求解邮轮局部振动区域的等价质量;利用该等价质量计算TMD的质量比;基于该质量比,求解出对应的TMD参数最优解。通过分析可知,当质量比为0.05时,TMD在13.4 Hz处具有31 dB的吸振效果,同时在10 Hz和18.8 Hz处也有一定的吸振效果,分别为3 dB和2 dB,整体控制频段较平坦,鲁棒性也较佳。

岩石吸能锚杆本构关系理论研究现状与展望

岩石吸能锚杆有效解决了工程领域中软岩大变形和高冲击荷载的问题,在深部软岩工程中发挥着重要的作用,分别从材料和结构方面归纳和阐述了国内外典型岩石吸能锚杆的发展历程,根据岩石吸能锚杆组成方式和吸能机理,将岩石吸能锚杆分为材料型和结构型两类,总结了两类锚杆中典型岩石吸能锚杆的结构组成元件与杆体本构关系。另外还引入微型阻尼器装置,设计了一种具有高强、高韧、高吸能效率的新型阻尼器式(DTEA)岩石吸能锚杆,完成了DETA岩石吸能锚杆在静力、临界静力及高冲击3种状态下杆体本构关系理论的推导。

黏弹性阻尼器的耗能比研究

黏弹性阻尼器是一种典型的被动控制装置,它可以通过黏弹性材料的剪切滞回耗能起到减小结构地震或风振响应的作用。本文采用阻尼器耗能占地震总输入能量比值(耗能比)评估黏弹性阻尼器的减震效率,相比采用水平位移比的评价指标更能直观地反映阻尼器耗能能力。本文采用Kelvin模型推导出结构弹性和弹塑性2种状态下附加黏弹性阻尼器耗能比计算公式,算例计算结果表明:推导的计算公式有很好的精度和准确性,可供工程设计使用。

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。

套索式黏滞阻尼器位移放大系数合理取值和布置优化

针对刚度较大、层间位移较小的超高层剪力墙结构,黏滞阻尼器采用套索布置在避难层中,其放大系数的取值和布置方式仍存在不足。套索连接是位移放大装置,通过放大阻尼器轴向行程来提高阻尼器的耗能能力。从几何分析的角度出发,对反向套索连接阻尼器的结构减振率和布置优化进行探讨:推导了反向套索连接阻尼器轴线最大位移的解析式,对比不同布置高度、不同放大系数的套索连接下结构的动力响应。当布置框架跨度过大时,通过设置悬挑桁架的反向套索连接,对比设置前后结构的动力响应。研究结果表明:套索系统效率与布置框架的高度、跨度有关,按角度确定的理论放大系数与结构减振率并不成正比。与原方案布置相比,优化布置后的结构减振率更高。优化方案在实际工程中均得到验证,即合理选取套索放大系数和布置方式能更大化地提高结构的附加阻尼比。

阻尼器布置方式对平台式连体不规则结构减震影响研究

为研究阻尼器布置方式对不规则建筑结构耗能减震的影响,设置3种不同阻尼器布置方案,以8度区(0.2g)18层平台式连体结构建筑为研究对象,采用数值模拟的方法,使用PKPM进行结构设计,使用Etabs进行补充复核及地震作用下的时程分析,并将3种阻尼器布置方案下的减震结构与非减震结构的地震反应进行对比分析。结果表明,采用耗能减震设计之后,结构在地震作用下层间位移角及基底剪力等均有着明显的减小。阻尼器分散布置时,对结构层间位移角控制较好,可以提供较大的附加阻尼比,能量耗散多;当阻尼器采取集中布置时对结构的基底剪力控制较好。以层间位移角为控制目标首选分散布置方案,以基底剪力为控制目标时首选集中布置方案。

在役斜拉索粘滞阻尼器力学性能与控制效果研究

针对在役斜拉索粘滞阻尼器长期服役后易产生液体泄漏的问题,采用性能试验和有限元法定量评估并分析液体泄漏对阻尼器力学性能和减振控制效果的影响。首先,采用性能试验的方法分析实桥液体泄漏粘滞阻尼器力学性能,研究滑移产生的机理;然后,引入缝隙单元并与粘壶单元串联,建立液体泄漏粘滞阻尼器力学模型,确定模型参数并通过试验验证;最后,基于该力学模型,采用数值模拟方法建立斜拉索-液体泄漏粘滞阻尼器的系统模型,分析液体泄漏对斜拉索附加模态阻尼比的影响。结果表明:液体泄漏导致粘滞阻尼器阻尼力滞回曲线出现明显的滑移现象;液体泄漏后粘滞阻尼器内部出现空隙,当活塞杆经过空隙时无法产生正常的阻尼力,导致阻尼力滞回曲线出现滑移平台,显著削弱了阻尼器的耗能能力;随着滑移量的增大,粘滞阻尼器能够实现的一阶附加模态阻尼比逐渐减少,降低了其对斜拉索的减振控制效果。

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。

连梁阻尼器在高地震烈度区剪力墙结构中的应用研究

结合某高地震烈度区的实际工程项目,研究连梁阻尼器在剪力墙结构中的受力特点、设计方法,采用ETABS程序进行结构减震性能分析和弹塑性性能评估。连梁阻尼器在地震作用下不但可以成为剪力墙结构可靠的耗能构件,减小地震响应,还可有效地控制结构损伤模式,防止混凝土连梁的剪切破坏,减少混凝土构件的损伤,实现耗能构件震后的可更换性。建议采用设防烈度评估消能减震结构的性能,以“损伤控制”的概念进行设计。设置连梁阻尼器的剪力墙结构更容易实现结构构件中震少修的损伤控制目标。

以附加阻尼比为目标的黏弹性阻尼器设计方法研究

以黏弹性阻尼器附加的阻尼比为控制目标,依据抗规中计算阻尼比的方法,建立单质点系的附加阻尼比控制函数。将多质点系等效成单质点系,依据剪力系数得到减震结构的层剪力,由此部分楼层需要增加楼层侧移刚度,增加的刚度即黏弹性阻尼器需求储存刚度,从而得到黏弹性阻尼器阻尼系数。工程案例结果表明:以附加阻尼比为控制目标来进行黏弹性阻尼减震结构设计的方法可行。

弹性环式挤压油膜阻尼器一体化圆柱滚子轴承保持架振动特性分析

航空发动机主轴中滚动轴承为了降低系统振动经常与弹性环式挤压油膜阻尼器(elastic ring squeeze film damper, ERSFD)联合使用。基于滚动轴承动力学理论和流体力学控制方程,采用变步长积分算法建立圆柱滚子轴承与ERSFD耦合的动力学分析模型,对外圈带ERSFD的圆柱滚子轴承保持架振动特性和打滑率进行研究。研究结果表明:与未装配ERSFD的圆柱滚子轴承相比,ERSFD可以提高圆柱滚子轴承保持架的稳定性。过大或过小的弹性环凸台数量与宽度都不利于圆柱滚子轴承保持架的稳定性,需要选择合适的凸台数量和宽度。径向载荷与转速对带弹性环的圆柱滚子轴承保持架稳定性影响显著,保持架涡动频率的谐波次数随着径向载荷的增加而减少,其对应的幅值也减小;保持架涡动频率的谐波次数随着转速的增加而增加,其对应幅值也增加。