预应变SMA⁃TMD对钢框架结构抗震性能影响研究

针对钢结构在地震激励下加速度响应过大的问题,介绍了一种将形状记忆合金(SMA)应用到调谐质量阻尼器(TMD)装置中的解决方案,利用SMA的特性实现有效的自复位和稳定的阻尼,将预应变SMA棒应用到TMD中,提高装置的阻尼性能。通过试验测试及有限元模拟,研究安装施加预应变SMA-TMD的钢框架抗震性能。结果表明:预应变SMA棒不仅有助于自复位,而且还能大大提高SMA-TMD的等效黏滞阻尼比;经过优化的SMA-TMD装置可以大大降低钢框架的地震动响应,并加快地震能量消耗。

采用PD控制的变质量座椅悬架主动控制研究

针对座椅悬架负载质量的变化而产生的系统非线性,以及对座椅振动的有效控制等问题,提出了一种基于比例-微分(Proportional-Derivative,PD)控制的变质量座椅悬架主动控制系统。该控制系统建立在几个不同的控制器基础上,主控制器用于评估应在悬架系统中产生所需主动力的实际值,次级控制器用于计算信号的瞬时值,该信号通过其反向模型控制有源元件。建立主动座椅悬架系统模型,对主动座椅悬架控制系统进行设计。对不同负载质量的座椅悬架系统的鲁棒性进行仿真验证,对控制器参数进行优化设计,实现了主动座椅悬架自适应质量识别的精细控制。对优化设计结果进行对比验证,结果表明,质量变化对主动座椅悬架系统的动态性能影响显著降低。在100 kg质量负载时,EM3、EM5和EM6激励信号下,主动系统的座椅有效幅值传递率(Seat Effective Amplitude Transmissibility,SEAT)因子分别降低了49.81%、20.96%和29.85%,同时悬架行程分别降低了4.76%、33.87%和18.18%。所建立的主动控制系统显著提高了座椅悬架的性能,对变化负载质量具有更好的鲁棒性,为主动座椅悬架隔振性能研究提供了参考。

成都某教学实验楼地震作用下的消能减震分析与设计

以成都市某教学实验楼为例,对其进行了基于黏滞阻尼器(VFD)减震技术的抗震性能提升设计,并采用PKPM-JZ和SAUSG软件进行了多遇地震和罕遇地震荷载作用下结构的弹塑性动力分析。时程分析结果显示,设防地震和罕遇地震作用下,此建筑各向弹塑性层间位移角均达到特定的减震目标;该建筑的结构各项指标均满足了相关规范要求,达到了设计的预期目标。通过这些措施,该建筑在地震发生时能够有效减少震害,保障师生的生命和财产安全。

SMA复合摩擦阻尼器性能的试验研究

利用形状记忆合金(SMA)的超弹性效应及高阻尼性能,结合传统Pall摩擦型阻尼器的特点,提出了一种SMA复合摩擦阻尼器。在建立阻尼器力学分析模型的基础上,对SMA复合摩擦阻尼器的性能进行了试验研究,分析了位移幅值、加载频率等对阻尼器的等效刚度、单位循环耗能和等效阻尼比的影响,并与理论分析结果进行了对比。研究表明,SMA复合摩擦阻尼器在加卸载循环下会形成比较稳定的滞回曲线,表明这种阻尼器具有良好的耗能能力。

形状记忆合金的超弹性恢复力模型及其结构抗震控制

提出了形状记忆合金材料的相变超弹性恢复力模型，并以此为基础对形状记忆合金减振控制系统的动力响应进行了数值模拟分析。结果表明，这种减振控制装置对较强烈的振动有更好的抑制作用，因此可在建筑结构的抗震控制中发挥其独特的作用。

滚动碰撞式调制质量阻尼器及其减振性能研究

为了将装配式结构与结构减振控制技术相结合,提出了一种可以置入空腔楼板内部空间的滚动式带碰撞调制质量阻尼器耗能减振装置(PTRMD)。该装置结合了碰撞调制质量阻尼器(PTMD)及滚动式调制质量阻尼器(TRMD)的装置特点,由质量碰撞体(小球)、弧形轨道以及弧形轨道上的黏弹性限位装置构成。具有制作方便、布置灵活、鲁棒性强等优点,且不额外占用建筑的使用空间,不影响结构使用功能,能有效解决控制装置设置与建筑功能相冲突的矛盾。建立了设有该装置受控系统的动力方程,利用解析法和一种高精度直接积分法对方程进行求解。在此基础上分别研究了PTRMD对结构在自由振动、简谐激励及地震作用下的减振性能。结果表明:该装置可以有效地减小结构的动力响应,具有很强的耗能能力。

滚动碰撞式调制质量阻尼器减振性能试验研究

对一种可以置入空腔楼板内部空间的滚动式带碰撞调制质量阻尼器(PTRMD)的减振性能进行了试验研究。该装置结合碰撞调制质量阻尼器(PTMD)和滚动式调制质量阻尼器(TRMD)的特点,由质量碰撞体(小球)、弧形轨道以及弧形轨道上的限位装置构成。介绍了该减振装置的构造和工作原理,设计并完成了带有该减振装置的框架结构模型振动台试验。选用自由振动、简谐激励和地震波等多种工况对模型结构设置阻尼器前后的动力响应进行了对比分析。试验结果表明:采用PTRMD作为减震装置,能够显著降低模型结构在不同激励下的位移响应幅值、位移响应均方根和加速度响应幅值、加速度响应均方根,具有较强的耗能能力。简谐激励作用下,激励频率与主结构频率一致时取得最优减震效果;不同地震波激励输入时,PTRMD取得的减震效果有所不同。

风力机尾缘襟翼气动特性及减振性能研究

通过风洞试验研究风力机尾缘襟翼的气动特性,分析尾缘襟翼对翼型绕流的影响,得到尾缘襟翼对翼型气动参数的调节规律。尾缘襟翼具有对高频荷载敏感,响应速度快的特点,可有效补偿风力机变桨距控制的不足。设计了风力机独立变桨距与尾缘襟翼协同控制策略,独立变桨距控制环主要用于减缓低频荷载及振动,尾缘襟翼控制环主要用于减缓高频荷载及振动,并通过风力机模拟仿真分析控制策略的作用效果。研究结果表明尾缘襟翼与独立变桨距协同控制可同时减缓叶片低频和高频的荷载及振动,降载减振控制效果良好,具有较好的工程应用前景。

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。

齿轮箱振动噪声的研究综述

齿轮传动是机械设备中运用最广泛的动力传输装置,齿轮箱的振动噪声对机械系统的工作性能有重要的影响。就齿轮箱振动噪声近年来的研究进展进行综述,介绍了当前国内外的实验测量方法、振动噪声分析方法及减振降噪常用手段,重点阐述了常用的数值方法和减振降噪措施在研究中取得的成果,并给出了需要进一步研究的问题。

形状记忆合金弹簧隔振系统主动控制实验设计

为探索振动系统在结构和参数变化时的实验现象和实验特征,基于被动隔振实验台,设计了具有弹簧温度和激振频率自动采集功能的形状记忆合金弹簧变阻尼主动控制系统,对形状记忆合金弹簧的刚度和阻尼随温度变化的振动特性进行分析。结果表明,在不同激振频率下,形状记忆合金弹簧阻尼比随着温度的升高而增大,刚度随着温度的升高而降低。通过弹簧温度自动调节对隔振系统进行控制,从而实现形状记忆合金弹簧的变频动态减振。该研究结果可用于形状记忆合金弹簧在特定载荷下的减振特性标定。

多重滚动碰撞式调谐质量阻尼器及其减振性能研究

在以往滚动碰撞式调谐质量阻尼器(PTRMD)的研究基础上,提出了一种能分散布设在空腔楼板预制腔体内的多重滚动碰撞式调谐质量阻尼装置(MPTRMD)。该方式隐藏了控制装置,不额外占用建筑的使用空间,不影响结构的布置和使用功能,且布置灵活,可根据优化情况在结构平面和高度方向上按需设置。同时,该装置将振子质量分散到多个阻尼器,使其在不影响减振性能的情况下做到控制装置小型化,从而对有大附加质量需求的质量阻尼器在技术上提供了可能。推导了设有该装置的受控系统动力学方程,并对其减振性能进行了研究。结果表明,所提多重滚动碰撞式调谐质量阻尼装置在不同布置方式下均能有效减小结构的动力响应,具有很强的耗能能力。对于阻尼器拆分数量的分析表明,将PTRMD的振子拆分后,在开始个数不多时阻尼器的控制效果快速提升,但随着数量进一步增多,达到一定程度后,其提升能力趋缓并出现下降趋势,存有一个最优区间。

采用不同轨道形状的轨道非线性能量阱减振鲁棒性分析

轨道非线性能量阱(track nonlinear energy sink,轨道NES)是一种具有较高频率鲁棒性的非线性质量阻尼器,但NES的非线性特点导致其减振性能对输入能量大小较敏感。为了改善其能量鲁棒性,分析考察了三层框架主体结构附加不同质量阻尼器时的响应,包括不同轨道形状的轨道NES以及用于对比的一型NES(typeⅠnonlinear energy sink)和调谐质量阻尼器(tuned mass damper,TMD)。结果表明,采用不同轨道形状的轨道NES均展现出优越的减振性能;其中使用三阶多项式轨道形状的轨道NES同时具备较高的频率鲁棒性和能量鲁棒性,对于地震作用下有可能发生损害的结构,轨道NES较TMD和一型NES展现出更强的减震控制性能。

大悬挑结构抗风拉索弹簧-阻尼减振支座性能试验与风振控制研究

为提高大悬挑结构的抗风性能,提出将圆柱螺旋弹簧与筒式黏滞阻尼器相结合设计形成弹簧-阻尼减振支座,并将其布置在柱顶与拉索配合起到竖向减振的作用。对该弹簧-阻尼减振支座的力学性能进行试验研究,依次开展了轴向刚度与低周往复加载试验共计61种工况,探究了静位移、位移幅值与加载频率对支座力学性能的影响,并基于有限元软件对安装弹簧-阻尼减振支座前后的体育场结构进行风振动力响应分析。结果表明:支座的轴向刚度随加载等级的增加而增大;支座的滞回耗能性能随位移幅值的增加而增大,等效阻尼比和等效刚度则随位移幅值的增大而减小;与支座性能随位移幅值的变化情况相比,其力学性能随加载频率的变化幅度更小,各个区段变化范围均小于±10%;静位移对支座的滞回耗能性能、等效刚度和等效阻尼比影响较小。弹簧-阻尼减振支座对大悬挑结构的风振响应具有显著的控制效果,最大达92.16%,平均38.79%。

盆形金属橡胶三向准静态试验研究

为满足金属橡胶三向减振需求,引入空间构型设计并制备了一种盆形金属橡胶。对其进行轴、径向准静态压缩试验,采用控制变量法研究了相对密度、成形角度、金属丝丝径等制备工艺参数及压缩量对盆形金属橡胶静态力学性能的影响,采用正交试验法揭示了三种制备工艺参数对盆形金属橡胶轴、径向静态力学性能的影响程度。结果表明,影响试件轴向静态力学性能先后顺序为成形角度、相对密度、丝径;影响试件径向静态力学性能先后顺序为相对密度、丝径、成形角度。

盆形金属橡胶三向动态力学性能试验研究

为满足小型精密仪器的三向减振需求,制备一种盆形金属橡胶。对其轴向、径向进行动态加载试验。采用控制变量法分析不同加载方式及工艺参数对盆形金属橡胶承载能力及耗能特性的影响,运用正交试验法分析3种制备工艺参数对盆形金属橡胶轴向、径向损耗因子的影响。结果表明:影响试件轴向承载能力最显著的是相对密度;影响试件轴向、径向损耗因子及径向承载能力最显著的是成形角度。

采煤机电控系统抗振性能研究

针对采煤机电控系统抗振性能不足的问题,通过对采煤机电控系统进行振动测试,找到其薄弱点,并结合实际使用情况,从电气系统的安装结构、防护措施、减振措施等方面进行改进设计,对采取的减振措施作有限元对比分析,并进行实际验证。结果表明:改进后的电控系统抗振性能明显提高,因振动引起的故障明显减少,可为采煤机电气控制系统的抗振设计提供参考。

基于压电作动器的空间单轴主动隔振研究

对六自由度空间Stewart隔振平台中基于压电作动器的单轴主动隔振进行了研究。提出了三类标准以衡量隔振性能,其中:第Ⅰ类为载荷端与扰动端同量纲振动量比;第Ⅱ类为隔振后载荷端的受力与隔振前固连时载荷受力比;第Ⅲ类为隔振前后振动量的衰减状况。给出了压电作动器的基本方程,并根据实际进行了数值修正。建立了线性化的压电作动器单轴隔振系统,采用作动器的运动总与扰动端振动分量互补的主动隔振策略。讨论了速度反馈控制、力反馈控制与代数环引入,以及质量对隔振性能的影响。提出了隔振方向和隔振代价的概念。仿真结果表明速度反馈和力反馈均能获得较好的隔振效果。理论分析了隔振方向对隔振性能和隔振代价的影响。研究为空间Stewart隔振平台设计提供了理论支持。

一种新型形状记忆合金阻尼器

本文利用奥氏体状态记忆合金丝超弹性性能,设计了一种新型形状记忆合金阻尼器,分别从记忆合金材料一维本构模型和合金丝超弹性分段线性恢复力模型两个角度建立了阻尼器的理论模型,并通过性能试验研究,得出如下结论:SMA阻尼器在加卸载循环下会形成比较稳定的近似于双线性的滞回曲线,表明这种阻尼器具有良好的耗能能力;验证了理论模型的正确性;SMA阻尼器具有良好的抗腐蚀和抗疲劳特性,工作性能稳定。

非小量角位移假定下滚动型调谐质量阻尼器的减振分析

对滚动式调谐质量阻尼器(TRMD)中球形振子转角位移的小量假定问题进行了深入研究,运用Lagrange运动方程推导了TRMD在球形振子小量假定和非小量假定下的受控体系动力方程,给出了数值解法。结合算例探讨了在简谐激励和地震作用下设置有TRMD的受控体系减振情况,比较和分析了小量假定与非小量假定对受控结构控制性能的影响。结果表明,当外激励较强时小量假定对控制结构的减振分析影响较大,会放大其减振效果,其适用性与激励种类及强度有关,具有一定的局限性,不容忽视。论文同时对小量假定的适用范围进行了探讨。