Development of piezoelectric energy-harvesting tuned mass damper

Tuned mass dampers（TMDs）are one of the most widely used devices to mitigate vibrations in structures.Usually,in conventional TMDs,viscous dampers convert the energy of vibration into heat.A new type of TMDs,called regenerative TMDs,has

电磁集能式调谐质量阻尼器的结构减震及能量收集分析

利用滚珠丝杆和永磁电机的能量收集单元代替传统型调谐质量阻尼器中的黏性阻尼,形成一种具有结构减震与能量收集两重功能的电磁集能式调谐质量阻尼器。通过引入滚珠丝杆机械构件,实现结构的水平往返运动转化为高效旋转运动的功能,并产生较大的惯性质量,有利于提高结构减震性能。通过分析滚珠丝杆力学性能,能量收集单元的动力学模型,建立了电磁集能式调谐质量阻尼器的力学模型。将电磁集能式调谐质量阻尼器与单自由度结构相结合,建立耦合结构受地震作用时的动力学模型,并仿真分析了此结构受El Centro地震作用时,电磁集能式调谐质量阻尼器对结构减震与能量收集的性能。结果表明,电磁集能式TMD对结构峰值位移和加速度的减振性能同于经典TMD,但结构位移与加速度均方值劣于经典TMD的减震性能;能量收集的平均功率约0.52 W。

电磁调谐质量阻尼器的H_2参数优化及对结构减震分析

利用电磁换能器代替传统型调谐质量阻尼器中的黏性阻尼,形成一种具有结构减震与能量收集双重功能的电磁调谐质量阻尼器(electromagnetic tuned mass damper,EMTMD)。通过分析电磁换能器的动力学模型,建立了电磁调谐质量阻尼器的力学模型。将电磁调谐质量阻尼器与单自由度结构相结合,建立耦合结构受地震作用时的动力学模型。基于H2优化理论,即以主结构位移均方根值最小为目标函数,对EMTMD进行参数优化,得到EMTMD的结构频率比、电磁阻尼比和机电耦合系数的参数优化解析解。通过频域和时域两种方法数值仿真分析了EMTMD对结构减震与能量收集的性能。结果表明,在最优状态下,EMTMD对结构位移、加速度峰值和均方根的减振性能略优于经典TMD,且其能量收集的平均功率高达约4.05×105 W。

电磁调谐双质阻尼器的H_2参数优化及对结构减震分析

该文在利用电磁阻尼单元代替经典型调谐质量阻尼器中的粘性阻尼单元的基础上,引入惯质单元,形成一种新型的具有结构减振和能量收集双重功能的电磁调谐双质阻尼器(electromagnetic tuned mass-inerter damper,EM-TMID)。依据达朗伯定理,建立EM-TMID与单自由度结构耦合结构受地震作用时的动力学模型。然后基于H2优化理论,即以主结构位移均方根值最小为目标函数,对EM-TMID进行参数优化,得到EM-TMID的结构频率比、电磁阻尼比和机电耦合系数的最优解析式。最后通过频域和时域两种仿真方法数值仿真分析了EM-TMID对结构的减震和能量收集的双重性能。结果表明,在频域分析中,EM-TMID的主结构位移峰值和频响面积均优于经典TMD、EM-TMD和TMDI。在时域分析中,EM-TMID对结构位移、加速度的峰值和均方根值的减震性能均优于经典TMD,同时能够进行能量收集。