研究了板式电涡流阻尼单元(planar eddy current damper,PECD)的阻尼特性随平面振动方向的变化规律。首先,推导了PECD发生相对平移运动时电涡流阻尼力的理论计算公式,发现PECD相对平移运动产生的电涡流阻尼力并不一定与速度方向完全相反...研究了板式电涡流阻尼单元(planar eddy current damper,PECD)的阻尼特性随平面振动方向的变化规律。首先,推导了PECD发生相对平移运动时电涡流阻尼力的理论计算公式,发现PECD相对平移运动产生的电涡流阻尼力并不一定与速度方向完全相反,其在平面直角坐标系上的2个分量可由一个2×2的平面阻尼系数矩阵与相对速度向量的乘积唯一确定。其次,分别选取4种典型永磁阵列的PECD,采用电磁有限元方法计算了它们的平面阻尼系数矩阵和阻尼力随速度方向的变化,验证了上述阻尼力理论计算公式的正确性,并提出了PECD的等效阻尼系数概念。然后,针对等效阻尼系数各向同性的PECD,在保证永磁体高度和投影面积不变的条件下,分析了其阻尼系数随永磁体数量和永磁体行、列间距的变化规律。最后,开展了阻尼系数各向同性PECD的阻尼系数测试试验,进一步验证了理论分析和有限元仿真的正确性。展开更多
为了对半潜式风机水平向和竖向的振动进行控制,提出了多向多点位调谐质量阻尼器(tuned mass damper,TMD)的布设方式,即在机舱内布置H-TMD,平台内布置V-TMD。为研究这种TMD布设方式的减振效果,建立了半潜式风机-多向多点位TMD全耦合数值...为了对半潜式风机水平向和竖向的振动进行控制,提出了多向多点位调谐质量阻尼器(tuned mass damper,TMD)的布设方式,即在机舱内布置H-TMD,平台内布置V-TMD。为研究这种TMD布设方式的减振效果,建立了半潜式风机-多向多点位TMD全耦合数值模型,利用OpenFAST仿真分析风浪联合作用下半潜式风机的动力响应。结果表明:布置多向多点位TMD的减振效果要比单点位TMD的减振效果要好,且在机舱内布置低频H-TMD,平台内布置V-TMD为最优布置方案,能够使半潜式风机纵摇、横摇、垂荡、塔架纵向振动的平均标准差控制率分别达到13.97%、32.85%、15.21%、2.86%。展开更多
大型同步调相机配套管道异常振动问题,不仅会降低管道的使用寿命,还会影响调相机润滑油和冷却液的供应,严重时甚至会造成重大安全事故,危害电力系统的稳定性。以某特高压换流站的同步调相机润滑油供油管道为研究对象,使用现场测量、流...大型同步调相机配套管道异常振动问题,不仅会降低管道的使用寿命,还会影响调相机润滑油和冷却液的供应,严重时甚至会造成重大安全事故,危害电力系统的稳定性。以某特高压换流站的同步调相机润滑油供油管道为研究对象,使用现场测量、流固耦合和谐响应分析等多种方法,研究了管道振动的产生原因和机制。结果表明,由调相机本身产生的周期性激振力是管道振动的主要原因。进一步提出基于调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper,TMD)的管道减振措施,试验和仿真数据表明,在润滑油供油管道系统4和5、6和7支吊架中间位置各安装一个TMD,减振效果最佳,可将该管系的振动加速度降低90%以上,具有良好的减振效果。展开更多
考虑到海上浮式风机(floating offshore wind turbine,FOWT)因存在整体晃动导致背景响应强烈,在频域上有时表现为激励频率,且随激励频率的变化而变化,在使用传统调谐质量阻尼器(tuned mass damper,TMD)对其进行振动控制时出现频率失调...考虑到海上浮式风机(floating offshore wind turbine,FOWT)因存在整体晃动导致背景响应强烈,在频域上有时表现为激励频率,且随激励频率的变化而变化,在使用传统调谐质量阻尼器(tuned mass damper,TMD)对其进行振动控制时出现频率失调和效果不佳等现象,该研究设计并提出了一种带碰撞的磁流变弹性体变刚度调谐质量阻尼器(magnetorheological elastomer-pounding tuned mass damper,MRE-PTMD)对FOWT实施半主动控制。在该控制装置中,利用MRE的刚度可调特性,通过半主动控制技术实现阻尼器频率的实时调节,保持对FOWT的最优控制,同时引入限位挡板对MRE材料加以保护并实现碰撞耗能。以驳船型FOWT为例,建立了包含控制装置的17自由度动力方程,对其在风浪联合作用下的减振性能及参数影响进行了研究,并与传统TMD进行了对比。结果表明,所提控制装置能通过对结构响应的实时追踪适时调节阻尼器的控制参数,相比传统TMD有更佳的减振性能和适应性。参数分析表明,增大阻尼器质量比是提升MRE-PTMD工作性能的有效途径,通过对阻尼器质量比及碰撞参数的合理设计可在不过多影响减振效果的情况下实现对MRE的保护及控制装置小型化。展开更多
普通调谐质量阻尼器为使阻尼器减振效果达到最佳范围,通常质量块质量须达到结构总质量的数十到数百分之一,对大型结构和建筑来说,阻尼器质量可达数百乃至上千吨。将惯容阻尼器与调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper,TMD)相结合,设计一款...普通调谐质量阻尼器为使阻尼器减振效果达到最佳范围,通常质量块质量须达到结构总质量的数十到数百分之一,对大型结构和建筑来说,阻尼器质量可达数百乃至上千吨。将惯容阻尼器与调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper,TMD)相结合,设计一款调谐惯质阻尼器试件,通过调整质量块质量、质量飞轮质量、弹簧刚度等参数进行试验研究。在确保阻尼器能够正常运作的前提下,结合试验数据分析研究该类试件惯质比范围,并采用谐波合成法对其在脉动风荷载下超高层结构的振动控制效果进行数值模拟,从而验证附加惯容系统实现TMD质量块轻量化的作用。展开更多
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
近海环境复杂多变,风和波浪的综合载荷会对浮式风力涡轮机平台和塔顶产生较大振动,严重威胁风力涡轮机系统的结构安全。为了应对这一挑战,在驳船浮式风力涡轮机的机舱内安装了一个调谐质量阻尼器(tuned mass damper,TMD),并通过采用H∞...近海环境复杂多变,风和波浪的综合载荷会对浮式风力涡轮机平台和塔顶产生较大振动,严重威胁风力涡轮机系统的结构安全。为了应对这一挑战,在驳船浮式风力涡轮机的机舱内安装了一个调谐质量阻尼器(tuned mass damper,TMD),并通过采用H∞控制算法利用主动驱动力形成混合质量阻尼器(hybrid mass damper,HMD)。通过仿真比较了无控制、被动控制和H∞控制的效果,结果表明H∞控制能有效减小平台纵向角度和塔顶纵向位移,抑振效果明显。展开更多
钢管塔力学性能卓越,应用广泛,但其钢管杆件长细比较大,水平放置易在低风速下发生涡激共振现象。钢管构件长期振动易使钢结构疲劳损伤甚至破坏,严重影响输电塔结构正常服役安全。针对钢管塔构件涡激振动现象开展试验研究,并提出有效的...钢管塔力学性能卓越,应用广泛,但其钢管杆件长细比较大,水平放置易在低风速下发生涡激共振现象。钢管构件长期振动易使钢结构疲劳损伤甚至破坏,严重影响输电塔结构正常服役安全。针对钢管塔构件涡激振动现象开展试验研究,并提出有效的阻尼控制方法。首先,开展了原尺输电塔钢管杆件气动效应研究。对槽型插板节点钢管弱轴向涡激振动响应及尾流展向特性进行分析。其次,引入尾流振子模型,探究了增加阻尼比对钢管杆涡振响应的理论抑制效果的提升。最后,根据理论计算结果开展调谐质量阻尼器(tuned mass damper,TMD)控制试验,通过加装TMD对钢管振动响应进行了控制,振幅最多可以下降95.8%,表明TMD可有效提高钢管塔在复杂风环境下的结构稳定性,保证钢管服役期间的安全。展开更多
地震动和结构都具有多维的特性,在地震作用下结构不仅会产生平动也会发生扭转,传统的调谐质量阻尼器一般只能控制结构的平动,无法有效控制结构的扭转反应。因此,提出了一种新型多维电涡流调谐质量阻尼器(multidimensional eddy current ...地震动和结构都具有多维的特性,在地震作用下结构不仅会产生平动也会发生扭转,传统的调谐质量阻尼器一般只能控制结构的平动,无法有效控制结构的扭转反应。因此,提出了一种新型多维电涡流调谐质量阻尼器(multidimensional eddy current tuned mass dampers,MEC-TMD),可同时控制结构的平动和扭转反应。在分析了阻尼器内在结构形式和推导了阻尼力计算公式的基础上,以一个典型的偏心结构为研究对象,考虑不同场地的地震动的影响,利用有限元数值模拟方法对比分析了MEC-TMD与传统TMD的减震控制效率,初步验证了所提出的MEC-TMD的有效性。结果表明:所提出的MEC-TMD对结构地震作用下的平动和扭转反应均有良好的控制效果,该阻尼器的研发对于有效控制结构的扭转反应具有积极的意义和应用价值。展开更多
通过减震措施降低核安全壳地震加速度响应,确保强震作用下核电设备的安全,对提高核安全壳抗震韧性具有现实意义。调谐质量阻尼器(tuned mass damper,TMD)能有效地降低风振响应,用于控制地震响应,存在频带窄、减震效率低等不足。文中将TM...通过减震措施降低核安全壳地震加速度响应,确保强震作用下核电设备的安全,对提高核安全壳抗震韧性具有现实意义。调谐质量阻尼器(tuned mass damper,TMD)能有效地降低风振响应,用于控制地震响应,存在频带窄、减震效率低等不足。文中将TMD与惯容结合,提出采用调谐质量惯容阻尼器(tuned mass damper inerter,TMDI)降低核安全壳地震加速度。基于性能需求设计思想与H∞优化准则建立了TMDI最优参数设计方法。在此基础上,使用子结构思想联合ABAQUS与Matlab开发了数值模拟方法,实现了TMDI控制下核安全壳地震响应有限元模拟。通过对某核安全壳有限元模型进行TMDI地震控制算例分析,验证了理论分析的有效性。结果表明,采用TMDI时核安全壳顶部峰值加速度减震率为46.1%,且TMDI达到相同减震指标时所需调谐质量减少了28.2%。展开更多
文摘研究了板式电涡流阻尼单元(planar eddy current damper,PECD)的阻尼特性随平面振动方向的变化规律。首先,推导了PECD发生相对平移运动时电涡流阻尼力的理论计算公式,发现PECD相对平移运动产生的电涡流阻尼力并不一定与速度方向完全相反,其在平面直角坐标系上的2个分量可由一个2×2的平面阻尼系数矩阵与相对速度向量的乘积唯一确定。其次,分别选取4种典型永磁阵列的PECD,采用电磁有限元方法计算了它们的平面阻尼系数矩阵和阻尼力随速度方向的变化,验证了上述阻尼力理论计算公式的正确性,并提出了PECD的等效阻尼系数概念。然后,针对等效阻尼系数各向同性的PECD,在保证永磁体高度和投影面积不变的条件下,分析了其阻尼系数随永磁体数量和永磁体行、列间距的变化规律。最后,开展了阻尼系数各向同性PECD的阻尼系数测试试验,进一步验证了理论分析和有限元仿真的正确性。
文摘为了对半潜式风机水平向和竖向的振动进行控制,提出了多向多点位调谐质量阻尼器(tuned mass damper,TMD)的布设方式,即在机舱内布置H-TMD,平台内布置V-TMD。为研究这种TMD布设方式的减振效果,建立了半潜式风机-多向多点位TMD全耦合数值模型,利用OpenFAST仿真分析风浪联合作用下半潜式风机的动力响应。结果表明:布置多向多点位TMD的减振效果要比单点位TMD的减振效果要好,且在机舱内布置低频H-TMD,平台内布置V-TMD为最优布置方案,能够使半潜式风机纵摇、横摇、垂荡、塔架纵向振动的平均标准差控制率分别达到13.97%、32.85%、15.21%、2.86%。
文摘大型同步调相机配套管道异常振动问题,不仅会降低管道的使用寿命,还会影响调相机润滑油和冷却液的供应,严重时甚至会造成重大安全事故,危害电力系统的稳定性。以某特高压换流站的同步调相机润滑油供油管道为研究对象,使用现场测量、流固耦合和谐响应分析等多种方法,研究了管道振动的产生原因和机制。结果表明,由调相机本身产生的周期性激振力是管道振动的主要原因。进一步提出基于调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper,TMD)的管道减振措施,试验和仿真数据表明,在润滑油供油管道系统4和5、6和7支吊架中间位置各安装一个TMD,减振效果最佳,可将该管系的振动加速度降低90%以上,具有良好的减振效果。
文摘考虑到海上浮式风机(floating offshore wind turbine,FOWT)因存在整体晃动导致背景响应强烈,在频域上有时表现为激励频率,且随激励频率的变化而变化,在使用传统调谐质量阻尼器(tuned mass damper,TMD)对其进行振动控制时出现频率失调和效果不佳等现象,该研究设计并提出了一种带碰撞的磁流变弹性体变刚度调谐质量阻尼器(magnetorheological elastomer-pounding tuned mass damper,MRE-PTMD)对FOWT实施半主动控制。在该控制装置中,利用MRE的刚度可调特性,通过半主动控制技术实现阻尼器频率的实时调节,保持对FOWT的最优控制,同时引入限位挡板对MRE材料加以保护并实现碰撞耗能。以驳船型FOWT为例,建立了包含控制装置的17自由度动力方程,对其在风浪联合作用下的减振性能及参数影响进行了研究,并与传统TMD进行了对比。结果表明,所提控制装置能通过对结构响应的实时追踪适时调节阻尼器的控制参数,相比传统TMD有更佳的减振性能和适应性。参数分析表明,增大阻尼器质量比是提升MRE-PTMD工作性能的有效途径,通过对阻尼器质量比及碰撞参数的合理设计可在不过多影响减振效果的情况下实现对MRE的保护及控制装置小型化。
文摘普通调谐质量阻尼器为使阻尼器减振效果达到最佳范围,通常质量块质量须达到结构总质量的数十到数百分之一,对大型结构和建筑来说,阻尼器质量可达数百乃至上千吨。将惯容阻尼器与调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper,TMD)相结合,设计一款调谐惯质阻尼器试件,通过调整质量块质量、质量飞轮质量、弹簧刚度等参数进行试验研究。在确保阻尼器能够正常运作的前提下,结合试验数据分析研究该类试件惯质比范围,并采用谐波合成法对其在脉动风荷载下超高层结构的振动控制效果进行数值模拟,从而验证附加惯容系统实现TMD质量块轻量化的作用。
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%。
文摘近海环境复杂多变,风和波浪的综合载荷会对浮式风力涡轮机平台和塔顶产生较大振动,严重威胁风力涡轮机系统的结构安全。为了应对这一挑战,在驳船浮式风力涡轮机的机舱内安装了一个调谐质量阻尼器(tuned mass damper,TMD),并通过采用H∞控制算法利用主动驱动力形成混合质量阻尼器(hybrid mass damper,HMD)。通过仿真比较了无控制、被动控制和H∞控制的效果,结果表明H∞控制能有效减小平台纵向角度和塔顶纵向位移,抑振效果明显。
文摘钢管塔力学性能卓越,应用广泛,但其钢管杆件长细比较大,水平放置易在低风速下发生涡激共振现象。钢管构件长期振动易使钢结构疲劳损伤甚至破坏,严重影响输电塔结构正常服役安全。针对钢管塔构件涡激振动现象开展试验研究,并提出有效的阻尼控制方法。首先,开展了原尺输电塔钢管杆件气动效应研究。对槽型插板节点钢管弱轴向涡激振动响应及尾流展向特性进行分析。其次,引入尾流振子模型,探究了增加阻尼比对钢管杆涡振响应的理论抑制效果的提升。最后,根据理论计算结果开展调谐质量阻尼器(tuned mass damper,TMD)控制试验,通过加装TMD对钢管振动响应进行了控制,振幅最多可以下降95.8%,表明TMD可有效提高钢管塔在复杂风环境下的结构稳定性,保证钢管服役期间的安全。
文摘地震动和结构都具有多维的特性,在地震作用下结构不仅会产生平动也会发生扭转,传统的调谐质量阻尼器一般只能控制结构的平动,无法有效控制结构的扭转反应。因此,提出了一种新型多维电涡流调谐质量阻尼器(multidimensional eddy current tuned mass dampers,MEC-TMD),可同时控制结构的平动和扭转反应。在分析了阻尼器内在结构形式和推导了阻尼力计算公式的基础上,以一个典型的偏心结构为研究对象,考虑不同场地的地震动的影响,利用有限元数值模拟方法对比分析了MEC-TMD与传统TMD的减震控制效率,初步验证了所提出的MEC-TMD的有效性。结果表明:所提出的MEC-TMD对结构地震作用下的平动和扭转反应均有良好的控制效果,该阻尼器的研发对于有效控制结构的扭转反应具有积极的意义和应用价值。
文摘通过减震措施降低核安全壳地震加速度响应,确保强震作用下核电设备的安全,对提高核安全壳抗震韧性具有现实意义。调谐质量阻尼器(tuned mass damper,TMD)能有效地降低风振响应,用于控制地震响应,存在频带窄、减震效率低等不足。文中将TMD与惯容结合,提出采用调谐质量惯容阻尼器(tuned mass damper inerter,TMDI)降低核安全壳地震加速度。基于性能需求设计思想与H∞优化准则建立了TMDI最优参数设计方法。在此基础上,使用子结构思想联合ABAQUS与Matlab开发了数值模拟方法,实现了TMDI控制下核安全壳地震响应有限元模拟。通过对某核安全壳有限元模型进行TMDI地震控制算例分析,验证了理论分析的有效性。结果表明,采用TMDI时核安全壳顶部峰值加速度减震率为46.1%,且TMDI达到相同减震指标时所需调谐质量减少了28.2%。
