高耸结构风振响应的MTMD控制研究

研究了MTMD对北京奥林匹克公园中心演播塔在强风作用下风振响应的振动控制效果.基于随机振动理论,利用M.Shinozuka方法对该塔的脉动风荷载进行数值模拟,得到了6条脉动风荷载时程曲线;利用大型三维空间有限元软件MIDAS/GEN7.3.0建立了该塔三维模型,并对该塔进行了动力特性分析,同时利用6条脉动风荷载时程曲线,对该塔的风振响应进行了MTMD振动控制研究,以该塔顶层的风振响应为优化目标,对MTMD的参数进行了优化研究.结果表明:该塔的加速度风振响应超过了规范的容许值,设置MTMD后该塔的风振加速度响应有明显的减小;最优参数的MTMD对该塔的风振加速度响应和位移响应的减振率分别为30.5%和46.0%.MTMD吸收了大量的能量,对该塔的风振响应有明显的控制作用.     

考虑枕下胶垫超弹性本构的弹性长枕轨道动力仿真

为揭示枕下胶垫超弹性本构特征对弹性长枕轨道动力响应的影响,基于Mooney-Rivlin超弹性本构理论,建立车辆-轨道-隧道-土体空间耦合动力学模型,分析车辆荷载作用下轨道-隧道系统的动力响应,与等效刚度法进行对比,并探讨超弹性本构中枕下胶垫的合理硬度。研究结果表明:基于超弹性本构仿真得到的轨道各位置位移、加速度数据更真实准确;随着枕下胶垫硬度减小,隧道壁加速度有效值减小,但会放大轨枕垂向位移及下部结构75 Hz频段的振动;综合考虑轨道动力响应、振动传递特性及减振效果,建议弹性长枕轨道枕下胶垫的绍尔硬度取52。     

引射式压力恢复系统的振动抑制技术

为了提高引射式压力恢复系统振动抑制性能,减小本系统振动对其他系统的影响,分析了系统的振动特性和振型,建立了系统振动力和主振型数学模型,利用时域信号取均方根方法测试了系统3个支座动态振动力,振动力沿气流方向逐渐减小。采用被动控制振动抑制技术,根据振动力设计制作了减振器,研究了橡胶块与金属弹簧并联再加配重以及橡胶块加配重2种减振器模型的减振效果。结果表明:橡胶块与金属弹簧并联、加配重45.2kg的减振器模型减振效果好,当控制点输入加速度为5 g时,减振效果最佳。激励强度大小、弹簧刚度和阻尼等参数的优化能够提高减振器的减振性能。     

非比例可变阻尼结构频响函数的二次摄动分析

通过用复模态分析得来的频率响应函数矩阵,分析了可变阻尼参数对频响函数的灵敏度,从而得出响应功率谱及其响应加速度对阻尼参数的变化率,并将此理论应用到汽车减振阻尼参数优化控制中。     

地震作用下基于多准则的最优调谐质量阻尼器

利用导出的设置调谐质量阻尼器（TMD）时结构的位移和加速度传递函数的统一模式，建立了结构的位移动力放大系数、位移动力减振系数，加速度动力放大系数和加速度动力减振系统设计公式。TMD的优化准则定义为：最大位移和加速度动力放大系数最小值的最小化与最小位移和加速度动力减振系数的最小化，基于这四个优化准则，研究了TMD在控制结构位移和加速度响应时的最优参数（包括最优调谐频率比和阻尼比），评价了分别基于位移动力放大和减振系统准则，加速度动力放大和减振系数准则设计的TMD最优动力特性，结果表明，位移和加速度动力放大系数准则是更可取的优化设计准则。     

卫星运输减振装载台设计

针对公路运输中存在加速度与冲击振动等问题,结合多品种卫星兼容性及公路运输的平稳性要求,提出具有减振能力的运输装载台.详细设计装载台与运输包装箱的接口结构及减振装置布置,利用Nastran软件仿真分析装载台对冲击加速度的响应;利用模拟负载开展全流程运输测试.结果表明:在卫星安装位置频率大于13 Hz后,传递率都小于0.2,减振效果很明显;设计的装载台操作、转运灵活,减振性能良好,能够满足产品运输的兼容性及减振要求.     

海洋平台相似模型振动控制分析

建立海洋平台和减振系统的振动模型,推导出结构的动力放大系数,以动力放大系数最小为系统参数优化的目标,应用MATLAB编程,得出减振系统的最优参数.并以海洋平台相似模型为算例,应用减振系统对结构的第一阶模态进行振动控制时的减振效果进行仿真分析,结果表明减振系统对平台具有良好的振动控制效果.     

基于粒子群算法的双时滞半主动悬架控制研究

针对四自由度半车悬架控制模型,提出一种基于双时滞反馈优化控制的车辆半主动悬架控制方法。引入时滞减振控制技术,应用时滞动力吸振器的减振机理和振动系统的幅频特性,建立基于车身加速度和俯仰加速度的统一目标函数,利用粒子群优化算法快速寻优特点获取最优时滞反馈控制参数,并在Matlab/Simulink环境下对悬架系统仿真。仿真结果显示:在随机激励下,双时滞反馈控制通过优化调节双时滞控制参数可以减小车身垂直加速度和俯仰加速度,相应的均方根值比被动悬架分别降低15.10%和22.48%,车身振动得到有效衰减。研究结果表明考虑时滞的车辆悬架模型不仅提高了模型建模精度,双时滞反馈控制更有效提高悬架的减振效果,改善车辆行驶平顺性,为半主动悬架控制系统设计提供了理论依据,具有一定的应用价值。     

含分数阶导数的1/4悬架模型时滞反馈控制研究

针对具有时滞减振主动控制技术的车辆悬架,研究分数阶导数和时滞减振联合控制对车辆悬架系统振动的影响。将含有分数阶导数的时滞反馈控制加入到1/4车辆模型中,运用稳定性切换法对系统的稳定性问题进行分析,得到系统稳定的时滞区间。根据车辆平顺性指标,在频域范围内建立基于振动响应量加权均方根值的优化目标函数。利用粒子群优化算法快速寻优特点获取最优时滞反馈控制参数得到优化控制参数;并对系统在时域下进行振动响应仿真分析。仿真结果表明,在简谐激励和路面随机激励下,分数阶导数和时滞减振主动控制技术联合应用到悬架系统中能取得良好的减振效果,可以较好地减小车身振动,提高车辆的平顺性,为车辆悬架主动控制技术提供理论依据。     

邻近振型对调谐质量阻尼器优化参数的影响

调谐质量阻尼器(TMD)被广泛应用于大跨轻柔结构的振动控制,然而在进行TMD减振系统的参数设计时,往往不考虑邻近振型的影响。以主体结构的加速度为控制目标,采用MATLAB编制程序进行参数分析,研究邻近振型对调谐质量阻尼器优化参数的影响,结果表明:当邻近振型与被控振型的频率接近且该临近振型对振动控制部位的振动响应有较大贡献时,忽略临近振型的影响将导致TMD的设计参数出现较大偏差,削弱TMD的控制效果。     

核筒悬挂结构的动力特性及参数优化

基于欧拉伯努利梁理论和层剪切模型,应用拉格朗日方程推导了单段核筒悬挂减振控制结构的运动方程.在此基础上通过时程分析评价了结构的减振性能,应用复模态叠加法对结构的响应进行了频域分析,以主体核筒顶点位移和悬挂楼面层间位移响应为优化目标,对悬挂楼面的侧移刚度、阻尼器的刚度和阻尼系数进行优化.分析结果表明,存在最优的侧移刚度和阻尼器刚度使得核筒位移响应最小,存在较优的阻尼器阻尼系数可同时有效抑制核筒和悬挂楼面的响应,所以通过合理设置结构参数能够显著减小核筒悬挂减振结构的动力响应.     

橡胶垫浮置板轨道变形控制及减振分析

在进行轨道结构减振效果的优化设计时,需要考虑结构的变形限值条件.以橡胶垫浮置板轨道为研究对象,采用模态分析和谐响应分析,对轨道系统的振动特性进行了研究.考虑钢轨的变形限值,提出了减振性能最优的板下胶垫刚度.利用建立的地铁车辆-橡胶垫浮置板轨道-基础空间耦合系统动力分析模型,计算了该胶垫刚度下的轨道、基础动力响应,对其减振效果进行了评估.研究表明:橡胶垫浮置板轨道具有较好的减振性能.按照钢轨变形限值4mm控制,轨道固有频率为18.7Hz.在1~80Hz频率范围内,浮置板轨道的综合减振效果为10.4dB.研究成果可用于实际工程,为类似减振轨道结构的选型和优化设计提供一定的借鉴.     

基于虚拟样机技术的多自由度隔振系统动态响应特性研究

滚筒洗衣机属于典型的多自由度隔振系统,为提升其减振效果,运用虚拟样机技术方法实现隔振系统的动力学特性分析以及振幅、弹簧力、阻尼力等参数的优化。基于ANSYS和ADAMS建立振动系统的仿真模型,通过动力学分析平台ADAMS/Vibration求解不同激振频率下的幅值响应。LMS振动测试表明,耦合模型具有良好的可行性和较高的计算精度。基于灵敏度法分析弹簧刚度和阻尼系数对目标函数的响应效果,设计优化变量的样本数值,通过极值搜索得出满足最优减振条件的pareto最优解集,实现隔振系统关键参数的最优化设计。     

车辆悬架系统的优化设计与动力学特性分析

为了提升含减振元件惯容器的车辆悬架系统的综合减振性能,建立了含有减振元件惯容器、弹簧、阻尼器的车辆悬架系统模型.采用遗传算法对悬架参数进行优化,基于振动功率流理论对减振元件衬套进行优化选型.通过对车辆悬架系统动力学模型进行数值求解,探究了参数优化前后车辆悬架系统的动力学响应,探讨了衬套参数对功率传递的影响.研究结果表明,相比原始设计参数,采用优化算法得到的参数能够有效改善车辆悬架系统的综合减振性能,理论计算与仿真数据的结果相互验证了所建模型的正确性,衬套的优化选型有助于进一步提高车辆悬架系统的减振性能.     

微滑移阻尼叶片最优正压力的影响因素分析

为了研究阻尼结构参数对阻尼叶片最优正压力的影响,基于微滑移模型,推导出了阻尼器非线性干摩擦阻尼力的计算公式.建立了带阻尼结构叶片的有限元非线性动力学方程,采用谐波平衡法对系统动力响应进行了计算.计算结果表明:系统的共振频率随正压力的增大而增大;叶尖响应随正压力的增大先减小后增大;存在一个最优正压力,使阻尼器的减振效果最好,该最优正压力随阻尼器接近叶尖而减小,随阻尼器截面抗拉刚度的增大而减小,且对激振力幅值改变不敏感.     

地铁曲线段Vanguard扣件减振效果分析

为研究Vanguard扣件在地铁曲线段的减振效果,以北京地铁5号线某曲线段为例,分别对DTVI_2扣件和Vanguard扣件下列车运行引起的地表振动响应进行现场测试.并通过建立相应的三维动力学数值模型对比分析了两种扣件在直线段和曲线段的地表动力响应特性和衰减规律.通过分析振动响应峰值、最大垂向计权Z振级及插入损失,研究了Vanguard扣件的减振效果.根据现场实测以及数值分析结果可知:列车运行引起的地铁曲线段地表动力响应高于直线段,圆曲线和缓和曲线的动力响应特性类似且量值接近;列车运行引起的地表横向及垂向动力响应随距线路中心线横向距离的增加而呈起伏式衰减;列车运行于DTVI_2扣件和Vanguard扣件的轨道上时引起的地表垂向振动响应显著的频段分别位于60Hz和30Hz附近;Vanguard扣件减振效果显著,对曲线段水平向振动响应的减振性能良好.     

基于分数阶导数的黏弹性减振系统时频特性

黏弹性减振缓冲结构可抽象为黏弹性振子(VEO)来研究其动力学行为.提出了构建考虑几何系数的分数阶黏弹性振子(FVEO)模型的一般方法.以Kelvin-Voigt分数阶黏弹性振子(KFVEO)系统为例,采用拉普拉斯变换得到其频率特征函数,并利用Mellin-Fourier积分将KFVEO系统响应从复频域转化到时域,采用多值函数的复变积分原理和留数定理获得KFVEO系统时间历程的解析形式.以安装在某300k W履带拖拉机的黏弹性悬架为工程应用实例,应用所提模型在时频域分析了其翻越障碍时应对冲击振动的减振缓冲性能,以及分数阶数和几何参数的影响.结果表明,该悬架具有良好的减振性能,在频率比0.8238处出现振动峰值;几何参数与分数阶数均对减振效果有明显影响.为复杂黏弹性缓冲减振结构的精确建模和参数化设计提供相应的理论依据.     

人行荷载作用下大跨悬挂楼盖调频阻尼控制研究

针对一竖向振动频率处于人行荷载范围的场馆大跨悬挂楼盖进行调频阻尼减振控制研究,对比分析场馆整体结构模型和大跨悬挂楼盖局部简化模型的动力特性,基于最优控制原则设计调频质量阻尼器的参数和布置位置,在一般人群随机荷载、极端人群随机荷载、节拍及跳跃人群荷载等12种人行工况下,研究无控和有控大跨悬挂楼盖结构的人激动力响应.结果表明,楼盖结构在无控条件下的振动加速度响应大大超过限值要求,但通过合理的调频阻尼减振设计,有效抑制该大跨楼盖人激振动响应,最大峰值加速度减振效果达61%;楼盖结构位移响应很小,虽在人激荷载作用下可不予考虑,但调频阻尼器仍对其具有良好的控制效果.研究成果可为类似工程结构在人行荷载作用下的控制设计提供借鉴参考.     

行人动力学参数对大跨简支人行桥人致振动的影响分析

为研究行人动力学参数对大跨结构人致振动的影响,采用等效人体模型参数识别试验研究了人体模型的自振频率和阻尼比,编程求解了考虑人-结构竖向相互作用的人行桥人致振动方程,讨论了人体质量、人体刚度、人体阻尼及人行荷载等行人动力学参数对人行桥动力特性及人致振动响应的影响规律.结果表明,人行荷载模型中人体质量可取中国男性居民平均质量66.2 kg.等效人体模型的自振频率和阻尼比分别取为5.15 Hz和35.62%.人行荷载作用下,人行桥一阶瞬时频率先减小后增大,一阶瞬时阻尼比先增大后减小.随着人体质量或人体等效阻尼的减小,瞬时阻尼比和频率的变化幅度均有所减小,但随着人体等效刚度的减小,两者的变化幅度均有所增大.人行桥跨中均方根加速度响应随着人体质量或人体等效刚度的增大也相应增大,而人体等效阻尼对人行桥加速度响应的影响较小.采用不同人行荷载模型计算的人行桥均方根加速度最大值是最小值的1.83倍.     

斜拉索-磁流变阻尼器系统的频域自适应控制

基于频域LQG控制与Hilbert-Huang变换(HHT),并考虑磁流变(MR)阻尼器动力学,提出斜拉索振动的频域自适应控制方法.由HHT识别受控拉索的瞬时振动状态,自适应调节控制器,提高对目标特征频率的追踪能力,且避免时域LQG控制需要对权参数进行试算选取的问题.为验证所提出的自适应频域LQG(i AFLQG)控制算法的有效性,通过与MR被动控制及时域LQG半主动控制相比较,结果表明:i AFLQG控制能够更高效地利用MR阻尼器的动力特性达到最佳的拉索减振效果.