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
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
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
单管塔广泛地应用于5G通信设备的搭载基础,由于建设的需求,其挂载设备常常会随着5G建设的变化而变化,由于其阻尼很小,挂载设备的增加会导致其顶部振动过大,降低塔体的搭载能力。所以,对塔体顶部振动的控制显得尤为关键。因此,提出了一...单管塔广泛地应用于5G通信设备的搭载基础,由于建设的需求,其挂载设备常常会随着5G建设的变化而变化,由于其阻尼很小,挂载设备的增加会导致其顶部振动过大,降低塔体的搭载能力。所以,对塔体顶部振动的控制显得尤为关键。因此,提出了一种用颗粒阻尼调谐质量阻尼器(Particle Damping Tuned Mass Damper,PDTMD)来控制5G通信塔的顶部振动过大问题的方法。基于碰撞理论建立了利用PDTMD控制通信塔振动的数学模型,详细核算了增加PDTMD后的铁塔在风载荷下的振动响应,分析了PDTMD的阻尼机制;对比了PDTMD与传统调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper,TMD)的阻尼效果。研究发现,颗粒阻尼具有良好的能量耗散能力,与传统的TMD相比,PDTMD具有更好的阻尼效果,更高的鲁棒性。最后,基于实际信号塔,对复杂环境下PDTMD的使用参数进行了优化。分析了阻尼颗粒与蜂窝结构之间的缝隙、颗粒的材质、颗粒的质量占比等对阻尼器减振效果的影响。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
对隧道、桥梁结构和沿线建筑而言,浮置板减振性能优异,但其对轨道板及其上部结构的耗能能力有限。针对此问题,将调谐质量粒子阻尼技术应用于轨道交通振动控制领域,提出一种基于调谐质量粒子阻尼器(Tuned Mass Particle Damper,TMPD)的...对隧道、桥梁结构和沿线建筑而言,浮置板减振性能优异,但其对轨道板及其上部结构的耗能能力有限。针对此问题,将调谐质量粒子阻尼技术应用于轨道交通振动控制领域,提出一种基于调谐质量粒子阻尼器(Tuned Mass Particle Damper,TMPD)的耗能型钢弹簧浮置板结构。基于调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper,TMD)及粒子阻尼理论,利用1:1浮置板轨道进行室内试验,通过落轴试验研究调谐质量粒子阻尼器安装前后钢弹簧浮置板轨道动力学特性。研究结果表明:TMPD能显著降低浮置板轨道在固有频率11.7 Hz附近的振动响应,浮置板加速度分频振级损失最大可达11.9 dB;安装TMPD的耗能型钢弹簧浮置板轨道从钢轨到地面的振动衰减最大可达23.6 dB,表明其具有优异的隔振效果;进行Z振级评价分析可得,耗能型钢弹簧浮置板Z振级约降低5 dB,在保证隔振效率基础上,调谐质量粒子阻尼器可提高浮置板轨道的耗能能力。展开更多
针对海上风电结构在极端风荷载作用下会发生不利于工程安全的大幅振动问题,从理论推导与工程应用两个方面研究了基于新型电涡流-调谐质量阻尼器(Eddy Current-Tuned Mass Damper,EC-TMD)在海上风电筒型基础结构应用的可行性。首先,基于...针对海上风电结构在极端风荷载作用下会发生不利于工程安全的大幅振动问题,从理论推导与工程应用两个方面研究了基于新型电涡流-调谐质量阻尼器(Eddy Current-Tuned Mass Damper,EC-TMD)在海上风电筒型基础结构应用的可行性。首先,基于电涡流阻尼器(ECD)减振机理,将新型水平和摆式EC-TMD中的电涡流阻尼采用数值模拟中常规阻尼器等效替代;随后,利用Warburton公式对EC-TMD结构阻尼比和频率比进行优化;最后,将EC-TMD应用于江苏响水海上风电复合筒型基础结构实际工程模拟中。结果表明:极端风荷载工况下,EC-TMD可有效降低塔筒顶部振动位移幅度达21%~33%,说明其对海上风电筒型基础结构减振具有工程应用价值。展开更多
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
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
调谐黏滞质量阻尼器(Tuned Viscous Mass Damper,TVMD)是一种有效的被动惯容减震装置,本文针对地震作用下建筑结构TVMD阻尼比增效效应与优化设计展开研究。将TVMD对结构自身阻尼耗能功率的控制效果归纳为TVMD等效附加阻尼比,并基于随机...调谐黏滞质量阻尼器(Tuned Viscous Mass Damper,TVMD)是一种有效的被动惯容减震装置,本文针对地震作用下建筑结构TVMD阻尼比增效效应与优化设计展开研究。将TVMD对结构自身阻尼耗能功率的控制效果归纳为TVMD等效附加阻尼比,并基于随机振动理论推导了等效附加阻尼比的理论表达式。为了使TVMD更具实际应用价值,TVMD理论上应取得比同阻尼系数的黏滞阻尼器(VD)更大的等效附加阻尼比,这一现象定义为TVMD阻尼比增效效应,并定义了阻尼比增效系数来量化评估阻尼比增效效应。将等效附加阻尼比和阻尼比增效系数均作为优化目标,提出了TVMD最优设计参数理论解。参数分析结果表明,本文解具有良好的稳定性和适用性,为了更高效地发挥阻尼比增效效应,推荐TVMD质量比不超过0.3或阻尼比不超过0.1。以某七层标准钢框架结构作为工程算例展示了TVMD设计流程,并验证了本文解的有效性和优越性。算例分析结果表明,使用本文解设计TVMD能显著放大其阻尼元件变形,表现出了理想的阻尼比增效效应。与传统解相比,本文解还具有另一个明显优势,即保证TVMD的减震效果优于同阻尼系数的VD,不存在减震效率问题。展开更多
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%。
文摘单管塔广泛地应用于5G通信设备的搭载基础,由于建设的需求,其挂载设备常常会随着5G建设的变化而变化,由于其阻尼很小,挂载设备的增加会导致其顶部振动过大,降低塔体的搭载能力。所以,对塔体顶部振动的控制显得尤为关键。因此,提出了一种用颗粒阻尼调谐质量阻尼器(Particle Damping Tuned Mass Damper,PDTMD)来控制5G通信塔的顶部振动过大问题的方法。基于碰撞理论建立了利用PDTMD控制通信塔振动的数学模型,详细核算了增加PDTMD后的铁塔在风载荷下的振动响应,分析了PDTMD的阻尼机制;对比了PDTMD与传统调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper,TMD)的阻尼效果。研究发现,颗粒阻尼具有良好的能量耗散能力,与传统的TMD相比,PDTMD具有更好的阻尼效果,更高的鲁棒性。最后,基于实际信号塔,对复杂环境下PDTMD的使用参数进行了优化。分析了阻尼颗粒与蜂窝结构之间的缝隙、颗粒的材质、颗粒的质量占比等对阻尼器减振效果的影响。
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。
文摘对隧道、桥梁结构和沿线建筑而言,浮置板减振性能优异,但其对轨道板及其上部结构的耗能能力有限。针对此问题,将调谐质量粒子阻尼技术应用于轨道交通振动控制领域,提出一种基于调谐质量粒子阻尼器(Tuned Mass Particle Damper,TMPD)的耗能型钢弹簧浮置板结构。基于调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper,TMD)及粒子阻尼理论,利用1:1浮置板轨道进行室内试验,通过落轴试验研究调谐质量粒子阻尼器安装前后钢弹簧浮置板轨道动力学特性。研究结果表明:TMPD能显著降低浮置板轨道在固有频率11.7 Hz附近的振动响应,浮置板加速度分频振级损失最大可达11.9 dB;安装TMPD的耗能型钢弹簧浮置板轨道从钢轨到地面的振动衰减最大可达23.6 dB,表明其具有优异的隔振效果;进行Z振级评价分析可得,耗能型钢弹簧浮置板Z振级约降低5 dB,在保证隔振效率基础上,调谐质量粒子阻尼器可提高浮置板轨道的耗能能力。
文摘针对海上风电结构在极端风荷载作用下会发生不利于工程安全的大幅振动问题,从理论推导与工程应用两个方面研究了基于新型电涡流-调谐质量阻尼器(Eddy Current-Tuned Mass Damper,EC-TMD)在海上风电筒型基础结构应用的可行性。首先,基于电涡流阻尼器(ECD)减振机理,将新型水平和摆式EC-TMD中的电涡流阻尼采用数值模拟中常规阻尼器等效替代;随后,利用Warburton公式对EC-TMD结构阻尼比和频率比进行优化;最后,将EC-TMD应用于江苏响水海上风电复合筒型基础结构实际工程模拟中。结果表明:极端风荷载工况下,EC-TMD可有效降低塔筒顶部振动位移幅度达21%~33%,说明其对海上风电筒型基础结构减振具有工程应用价值。
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。
文摘调谐黏滞质量阻尼器(Tuned Viscous Mass Damper,TVMD)是一种有效的被动惯容减震装置,本文针对地震作用下建筑结构TVMD阻尼比增效效应与优化设计展开研究。将TVMD对结构自身阻尼耗能功率的控制效果归纳为TVMD等效附加阻尼比,并基于随机振动理论推导了等效附加阻尼比的理论表达式。为了使TVMD更具实际应用价值,TVMD理论上应取得比同阻尼系数的黏滞阻尼器(VD)更大的等效附加阻尼比,这一现象定义为TVMD阻尼比增效效应,并定义了阻尼比增效系数来量化评估阻尼比增效效应。将等效附加阻尼比和阻尼比增效系数均作为优化目标,提出了TVMD最优设计参数理论解。参数分析结果表明,本文解具有良好的稳定性和适用性,为了更高效地发挥阻尼比增效效应,推荐TVMD质量比不超过0.3或阻尼比不超过0.1。以某七层标准钢框架结构作为工程算例展示了TVMD设计流程,并验证了本文解的有效性和优越性。算例分析结果表明,使用本文解设计TVMD能显著放大其阻尼元件变形,表现出了理想的阻尼比增效效应。与传统解相比,本文解还具有另一个明显优势,即保证TVMD的减震效果优于同阻尼系数的VD,不存在减震效率问题。
