本文研究了新型惯质调谐质量阻尼器(novel tuned mass damper inerter,NTMDI)的安装方法对其优化设计与减振性能的影响。详细介绍了NTMDI-R(反向安装的NTMDI)的力学模型,并采用经典固定点理论对NTMDI-R进行了优化设计,得到了NTMDI-R最...本文研究了新型惯质调谐质量阻尼器(novel tuned mass damper inerter,NTMDI)的安装方法对其优化设计与减振性能的影响。详细介绍了NTMDI-R(反向安装的NTMDI)的力学模型,并采用经典固定点理论对NTMDI-R进行了优化设计,得到了NTMDI-R最优结构参数的解析式;对比研究了NTMDI-R与现有四种经典调谐质量阻尼器(TMD、TMDI、VTMD和NTMDI)在简谐激励和随机激励下的减振效果,并探究了安装方法对NTMDI-R减振性能的影响。结果表明:正、反向安装的两种减振器(NTMDI和NTMDI-R)优化参数不同,安装方法对其减振性能有较大影响。当表观质量比β小于0.1时,NTMDI-R的减振效果差于NTMDI;而β大于0.1时,NTMDI-R的减振效果与NTMDI基本一致,因此采用NTMDI进行结构减振应明确其安装方向。基础加速度和荷载力分别作用下,NTMDI-R的减振效果相对于NTMDI分别降低了3.9%和4.7%。展开更多
在被动控制装置中,经典调谐质量阻尼器(tuned mass damper,TMD)是应用最为广泛的。然而经典TMD在实际安装使用中往往需要较大的附加质量和较大的安装空间,给实际应用带来不便。旋转惯性双调谐质量阻尼器(rotational inertia double tune...在被动控制装置中,经典调谐质量阻尼器(tuned mass damper,TMD)是应用最为广泛的。然而经典TMD在实际安装使用中往往需要较大的附加质量和较大的安装空间,给实际应用带来不便。旋转惯性双调谐质量阻尼器(rotational inertia double tuned mass damper,RIDTMD)是一种新型的、高效的振动控制装置,它利用了惯容的表观质量增效功能,以及调谐质量和调谐惯容的双重调谐效果,具有较好的减振性能和轻量化控制的特性。然而,当考虑到RIDTMD对基础激励下的主结构控制进行优化设计时,目前的设计方法基本为数值法,不便应用。为解决上述问题,基于H2优化理论,以主结构位移均方根值为目标函数,推导了RIDTMD减震系统的参数解析设计公式。在解析公式的基础上,通过频域和时域两种数值仿真方法分析了RIDTMD的减震性能和轻量化效果,验证了解析公式的准确性和适用性。仿真结果表明:在频域中,RIDTMD对主结构位移频响峰值控制和减震带宽均优于TMD,并具备轻量化和工作行程小的优势;在时域中,以5 MW陆上风机为例,在实际地震波激励作用下,RIDTMD对塔筒一阶纵弯的均方根值和峰值减震均优于TMD,在相同性能指标下能实现较好的轻量化效果。展开更多
海上半潜漂浮式风机在复杂深海环境下产生有害振动会威胁风机的安全性和耐久性,针对该问题并结合美国NREL的5 MW样机的漂浮平台几何结构构造,提出利用分布式调谐质量阻尼器(Tuned Mass Dampers,TMDs),即分别在漂浮平台的3根浮筒中布置T...海上半潜漂浮式风机在复杂深海环境下产生有害振动会威胁风机的安全性和耐久性,针对该问题并结合美国NREL的5 MW样机的漂浮平台几何结构构造,提出利用分布式调谐质量阻尼器(Tuned Mass Dampers,TMDs),即分别在漂浮平台的3根浮筒中布置TMD,形成等边三角形布置,对随机风浪联合作用下海上半潜漂浮式风机的平台纵摇振动进行控制。为了更好地描述分布式TMDs对海上半潜漂浮式风机的减振效果,基于拉格朗日方程和模态叠加法,对海上半潜漂浮式风机-TMDs耦合系统提出并建立了9自由度多体动力学模型。基于H_(∞)算法,即以平台纵摇频响函数的峰值为优化目标,对分布式TMDs的参数进行优化设计,优化设计中考虑了3个TMDs之间的耦合关系。对风机-TMDs耦合系统开展了风浪联合作用下的数值模拟,分析了分布式TMDs对平台纵摇响应的减振效果。结果表明:最优设计下的分布式TMDs对海上半潜漂浮式风机平台纵摇振动具有良好的减振性能;在三种不同工况的随机风浪荷载作用下,分布式TMDs对平台纵摇固有频率附近的功率谱密度曲线峰值减振率和标准差减振率能分别达到39%和52%以上。展开更多
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...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。展开更多
大型化工管道受管内流体流动、边界约束、振源激励等复杂因素影响,服役期间往往会发生振动,其振动频率相较于土木结构较高,且可能存在多个主要频率成分.若采用单一频率的调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper,TMD),难以达到理想的控制效果...大型化工管道受管内流体流动、边界约束、振源激励等复杂因素影响,服役期间往往会发生振动,其振动频率相较于土木结构较高,且可能存在多个主要频率成分.若采用单一频率的调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper,TMD),难以达到理想的控制效果,而采用多重调谐质量阻尼器(Multiple Tuned Mass Damper,MTMD)时,受现场条件限制,又存在无法确定最优安装位置等问题.本文开展了基于MTMD的管道倍频响应减振研究.首先,开展了某化工企业丙烷脱氢装置的大型管道现场实测研究,发现管道振动频率存在明显的倍数关系,即倍频现象.其次,建立局部管道有限元模型,分析管道动力特性,提出了基于数值搜索法的MTMD参数设计方法.最后,考虑化工管道现场安装条件的限制,研究了MTMD安装位置对管道减振效果的影响.数值研究结果表明,安装MTMD可有效减小管道振动响应.展开更多
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...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。展开更多
为能够给星上有效载荷提供一种超静环境,提出一种星上控制力矩陀螺群(CMGs,Control Moment Gyroscopes)的隔振方案,并对所使用的隔振平台的动力学特性进行研究分析.首先介绍了不同参数模型的隔振元件工作原理和参数特性;其次利用牛顿-...为能够给星上有效载荷提供一种超静环境,提出一种星上控制力矩陀螺群(CMGs,Control Moment Gyroscopes)的隔振方案,并对所使用的隔振平台的动力学特性进行研究分析.首先介绍了不同参数模型的隔振元件工作原理和参数特性;其次利用牛顿-欧拉法对含有隔振平台和CMGs的卫星进行动力学建模;最后通过频域和时域的方法分析并对比了各个参数模型下的隔振平台力衰减特性以及对星体姿态稳定度的改善程度.结果表明:两参数加调谐质量阻尼器模型下的隔振平台对共振峰值有一定的衰减作用,三参数模型下的隔振平台在力衰减和对姿态稳定度的改善程度上要明显优于其他2种模型.展开更多
文摘本文研究了新型惯质调谐质量阻尼器(novel tuned mass damper inerter,NTMDI)的安装方法对其优化设计与减振性能的影响。详细介绍了NTMDI-R(反向安装的NTMDI)的力学模型,并采用经典固定点理论对NTMDI-R进行了优化设计,得到了NTMDI-R最优结构参数的解析式;对比研究了NTMDI-R与现有四种经典调谐质量阻尼器(TMD、TMDI、VTMD和NTMDI)在简谐激励和随机激励下的减振效果,并探究了安装方法对NTMDI-R减振性能的影响。结果表明:正、反向安装的两种减振器(NTMDI和NTMDI-R)优化参数不同,安装方法对其减振性能有较大影响。当表观质量比β小于0.1时,NTMDI-R的减振效果差于NTMDI;而β大于0.1时,NTMDI-R的减振效果与NTMDI基本一致,因此采用NTMDI进行结构减振应明确其安装方向。基础加速度和荷载力分别作用下,NTMDI-R的减振效果相对于NTMDI分别降低了3.9%和4.7%。
文摘在被动控制装置中,经典调谐质量阻尼器(tuned mass damper,TMD)是应用最为广泛的。然而经典TMD在实际安装使用中往往需要较大的附加质量和较大的安装空间,给实际应用带来不便。旋转惯性双调谐质量阻尼器(rotational inertia double tuned mass damper,RIDTMD)是一种新型的、高效的振动控制装置,它利用了惯容的表观质量增效功能,以及调谐质量和调谐惯容的双重调谐效果,具有较好的减振性能和轻量化控制的特性。然而,当考虑到RIDTMD对基础激励下的主结构控制进行优化设计时,目前的设计方法基本为数值法,不便应用。为解决上述问题,基于H2优化理论,以主结构位移均方根值为目标函数,推导了RIDTMD减震系统的参数解析设计公式。在解析公式的基础上,通过频域和时域两种数值仿真方法分析了RIDTMD的减震性能和轻量化效果,验证了解析公式的准确性和适用性。仿真结果表明:在频域中,RIDTMD对主结构位移频响峰值控制和减震带宽均优于TMD,并具备轻量化和工作行程小的优势;在时域中,以5 MW陆上风机为例,在实际地震波激励作用下,RIDTMD对塔筒一阶纵弯的均方根值和峰值减震均优于TMD,在相同性能指标下能实现较好的轻量化效果。
文摘海上半潜漂浮式风机在复杂深海环境下产生有害振动会威胁风机的安全性和耐久性,针对该问题并结合美国NREL的5 MW样机的漂浮平台几何结构构造,提出利用分布式调谐质量阻尼器(Tuned Mass Dampers,TMDs),即分别在漂浮平台的3根浮筒中布置TMD,形成等边三角形布置,对随机风浪联合作用下海上半潜漂浮式风机的平台纵摇振动进行控制。为了更好地描述分布式TMDs对海上半潜漂浮式风机的减振效果,基于拉格朗日方程和模态叠加法,对海上半潜漂浮式风机-TMDs耦合系统提出并建立了9自由度多体动力学模型。基于H_(∞)算法,即以平台纵摇频响函数的峰值为优化目标,对分布式TMDs的参数进行优化设计,优化设计中考虑了3个TMDs之间的耦合关系。对风机-TMDs耦合系统开展了风浪联合作用下的数值模拟,分析了分布式TMDs对平台纵摇响应的减振效果。结果表明:最优设计下的分布式TMDs对海上半潜漂浮式风机平台纵摇振动具有良好的减振性能;在三种不同工况的随机风浪荷载作用下,分布式TMDs对平台纵摇固有频率附近的功率谱密度曲线峰值减振率和标准差减振率能分别达到39%和52%以上。
文摘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。
文摘大型化工管道受管内流体流动、边界约束、振源激励等复杂因素影响,服役期间往往会发生振动,其振动频率相较于土木结构较高,且可能存在多个主要频率成分.若采用单一频率的调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper,TMD),难以达到理想的控制效果,而采用多重调谐质量阻尼器(Multiple Tuned Mass Damper,MTMD)时,受现场条件限制,又存在无法确定最优安装位置等问题.本文开展了基于MTMD的管道倍频响应减振研究.首先,开展了某化工企业丙烷脱氢装置的大型管道现场实测研究,发现管道振动频率存在明显的倍数关系,即倍频现象.其次,建立局部管道有限元模型,分析管道动力特性,提出了基于数值搜索法的MTMD参数设计方法.最后,考虑化工管道现场安装条件的限制,研究了MTMD安装位置对管道减振效果的影响.数值研究结果表明,安装MTMD可有效减小管道振动响应.
文摘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。
文摘为能够给星上有效载荷提供一种超静环境,提出一种星上控制力矩陀螺群(CMGs,Control Moment Gyroscopes)的隔振方案,并对所使用的隔振平台的动力学特性进行研究分析.首先介绍了不同参数模型的隔振元件工作原理和参数特性;其次利用牛顿-欧拉法对含有隔振平台和CMGs的卫星进行动力学建模;最后通过频域和时域的方法分析并对比了各个参数模型下的隔振平台力衰减特性以及对星体姿态稳定度的改善程度.结果表明:两参数加调谐质量阻尼器模型下的隔振平台对共振峰值有一定的衰减作用,三参数模型下的隔振平台在力衰减和对姿态稳定度的改善程度上要明显优于其他2种模型.
