带碰撞的惯质调谐质量阻尼器对斜拉索涡激振动控制研究

在以往惯质调谐质量阻尼器(tuned mass damper-inerter, TMDI)的研究基础上,引入非线性碰撞机制,提出一种带碰撞的新型惯质调谐质量阻尼器(pounding tuned mass damper-inerter, PTMDI)来对斜拉索的涡激振动进行控制。该阻尼器不仅能减小装置尺寸,又能利用振子在碰撞过程中产生的加速度突变来提高惯质器的质量放大效应,在一定程度上解决传统惯质型阻尼器一端尽量固接的安装方式,布置上更为灵活。建立了设有该装置的斜拉索涡激减振控制方程,分析了拉索涡激振动特性,并对其减振性能进行了研究。对阻尼器惯容参数和碰撞参数的影响及优化问题进行了探讨,给出了最优参数的取值方法。算例表明,所提PTMDI能显著降低斜拉索的涡激振动响应,且在所提优化方法得到的最优参数下具有更为优越的控制能力。对于常遇风时拉索出现的多模态涡激振动控制分析表明,碰撞机制能使PTMDI的鲁棒性得到提升,对多模态涡激振动也有相当程度的控制效果。

Energy Anaiysis for TMD-Structure Systems Subjected to Impact Loading

This paper investigates the characteristics of reduction of the lateral vibration by use of a Tuned Mass Damper(TMD) for offshore jacket platforms under impact loading. Unlike traditional analysis, the present analysis focnses on theenergy concept of TMD/structure systems. In this study, a time domain is taken. The platform is modeled as a simplifiedsingle-degree-of-freedom (SDOF) system by extraction of the first vibration mode of the structure and the excited force isassumed to be impact loading. The energy dissipation and energy transmission of the structure-TMD system are studied.Finally, an optimized TMD design for the modeled platform is demonstrated based on a new type of cost function - maxi-mum dissipated energy by TMD. Results indicate that TMD control is effective in reducing the standard deviation of thedeck motion but less effective in reducing the maximum response under impact loading.

一种内部碰撞型三质量阻尼器试验验证及数值模拟分析

提出了一种新型控制装置——碰撞型三质量阻尼器(vibro-impact tri-mass damper,VITM),该装置基于三类质量阻尼器发展而成,包含一个调谐质量阻尼器、一个非线性能量阱,以及位于两者之间的自由质量,中间质量可与两侧质量发生碰撞。首先,介绍VITM工作原理,建立运动方程和碰撞模型;其次,实施动力试验,验证VITM理论模型的准确性;最后,通过数值模拟方法对VITM的耗能特点、参数影响、频率和能量鲁棒性,以及减震性能展开研究。分析结果表明:VITM主要依靠碰撞耗能,减振效果显著,无需再增设阻尼装置,且碰撞发生在装置内部,不会增加受控结构加速度;同时,VITM较已有装置具备更强的频率和能量鲁棒性,在脉冲型荷载和地震作用下均展现出优越的控制性能,为工程结构减震提供了新方法。

变质量对碰撞阻尼器减振性能影响的试验研究

通过试验法,采用模拟试验装置研究碰撞体形态对阻尼器减振性能的影响。在碰撞阻尼器中加入总质量相等但大小不等的介质(即自由质量),分别测试它们在相同外力条件下的减振效果。分别对试验结果进行了振动衰减率、阻尼机理以及共振特性的分析。试验分析结果说明:在一定范围的共振区域内,具有相同质量的介质个数越多,对系统的阻尼越大,减振效果就越好。随着自由质量的数量不同,碰撞阻尼器将被考虑为变质量振动系统。

某超高层建筑电涡流TMD的减震分析

上海某超高层建筑结构总高度632 m,风致振动为结构的控制荷载并决定大楼舒适度,大楼首创式安装了变阻尼摆式电涡流TMD来降低大楼顶部风致振动加速度,地震效应考量控制了质量块最大摆动位移。为保证质量块在罕遇地震下不撞击主体结构,在质量块底部周围设置了距底部限位杆间距为1.5 m的限位环。按照能量等效原理,将电涡流TMD阻尼大小随位移变化的特性进行等效阻尼处理;采用通用有限元软件分析了无TMD及设置TMD在有、无限位环下的7度罕遇地震响应,并计算了质量块和限位环碰撞冲击力的数值。分析表明,TMD的减震效果不显著;阻尼力和碰撞冲击力相比楼层地震剪力很小;限位环反力不会使结构响应出现奇异变化,地震下TMD的行为是安全的。

集成型碰撞调谐质量阻尼器(P-TMD)振动台试验研究

针对传统调谐质量阻尼器(TMD)质量过大难以安装,对频率较为敏感的固有缺陷,碰撞调谐质量阻尼器(P-TMD)将碰撞耗能与传统的TMD相结合以增大装置耗能。在前期的数值模拟研究中,P-TMD在地震激励下展现了比TMD更好的控制效果及控制稳定性。根据P-TMD的数值模型设计制作了一个用于水平向减振的集成P-TMD装置原型,并将装置安装于一柔性框架结构进行了地震激励下的减振试验。试验结果验证了P-TMD在不同地震激励下都可以对结构响应进行有效控制,控制效果相对稳定;特别对加速度峰值和均方根值的控制效果可达40%以上,相比TMD控制的效果提升明显。本文结果可以为今后P-TMD的进一步研究和应用提供必要的试验支持。

变质量碰撞减振系统响应的非线性时间序列分析

研究了带变质量碰撞阻尼的振动系统的运动特征。采用基于相空间重构的非线性时间序列分析方法,对振动响应的时间序列进行非线性特征分析。在得到时间序列的延迟时间和嵌入维的基础上,完成了非线性特征量——关联维数和最大Lyapunov指数的计算,并对系统的非线性运动形态进行了判断。研究结果表明:当主系统无碰撞质量时,振动响应为周期运动;当主系统存在变质量碰撞阻尼时,系统呈现混沌运动。

单边碰振轨道非线性能量阱减震性能研究

为了研究单边碰振轨道非线性能量阱(SSVI轨道NES)的减震性能,先对附加于一三自由度主体结构的SSVI轨道NES系统进行公式推导和优化,再对SSVI轨道NES系统分别施加脉冲型荷载和地震作用进行数值模拟,并与调谐质量阻尼器(TMD)、轨道非线性能量阱(轨道NES)和锁住系统进行对比。研究结果表明,SSVI轨道NES系统的频率鲁棒性优于TMD系统,能量鲁棒性优于轨道NES系统,展现出良好的减震性能。

南沙大桥吊索阻尼减振技术

南沙大桥过江通道包括坭洲水道桥(主跨1688m)和大沙水道桥(主跨1200m)2座双塔钢箱梁悬索桥,该桥吊索均采用预制平行钢丝索股(钢丝标准抗拉强度不小于1770MPa),与索夹、钢箱梁采用销铰式连接,最长吊索长184.6m。在该桥施工期间,吊索出现了复杂的风致振动问题,为了抑制吊索的振动,采用了外置摆式杠杆阻尼器(利用防护栏杆支撑)、冲击质量阻尼器(安装在双吊索中间)和摆锤式调谐质量阻尼器(安装在单根吊索上)3种阻尼器。为了验证3种阻尼器的减振效果,对3种阻尼器的结构及减振原理进行分析,并进行3种阻尼器的现场减振测试,实测减振效果均达到90%以上。

高冲击载荷作用下弹载记录仪防护系统动力学响应特性

为了给弹载记录仪的防护设计提供依据,从机械振动的角度揭示了高冲击载荷作用下弹载记录仪防护系统的动力学响应机理。在分析弹载记录仪内部载荷传递关系的基础上,基于双自由度弹簧-质量-阻尼系统建立了一种简化的防护系统动力学响应模型,并开展了数值模拟,通过脉冲响应分析和谐响应分析辨识了模型参数。理论计算与数值模拟的对比分析结果表明:建立的动力学响应模型能较准确地预测高冲击载荷作用下弹载记录仪防护系统的动力学响应特性。在此基础上,以模型的幅频响应特性为依据,分析了防护系统动力学响应特性随各种参数的变化规律。研究结果可为更有效地指导弹载记录仪的防护设计提供依据。

颗粒碰撞阻尼器减振性能试验研究

过试验的方法,研究填充率以及钢球直径对碰撞阻尼器减振性能的影响。在碰撞阻尼器中加入自由质量相等,但直径不等的钢球及在碰撞阻尼器内加入不同的填充率,分别测试减振效果,再对试验结果进行振动衰减率以及共振特性分析。结果表明,在一定共振区域内,自由质量相等的条件下,直径小的钢球减振效果好;填充率对于减振效果的影响不是单值性的,存在最佳填充率。