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.     

地震作用下风力机的TMD减振优化

为研究调谐质量阻尼器(TMD)对风力机的减振效果,以某140 m风力机为例开展了地震作用下TMD的减振优化分析.首先建立了该风力机的空间有限元模型,根据其动力特性及响应确定了TMD的布置位置;然后基于响应面法(RSM)优化了TMD的设计参数,进而拟合了TMD最优频率比及阻尼比的计算公式;最后通过典型地震波输入下风力机的地震响应,分析了基于拟合公式的TMD减振性能.结果表明:拟合的TMD最优频率比及阻尼比随质量比的变化趋势与den Hartog提出的TMD经典优化理论一致;在典型地震波作用下,优化后的TMD对风力机的减振效果更加明显;El Centro波作用下的塔顶峰值位移及位移均方根的降幅分别达到59.55％、65.20％,验证了RSM对高柔风力机TMD优化设计的有效性和可靠性.     

风力机塔架-叶片耦合模型风致响应时域分析

基于风力机塔架-叶片耦合模型,采用改进的叶素-动量理论模拟了考虑平稳风修正、叶片旋转效应和空间相干性的风力机气动载荷,并基于有限元方法对该耦合模型进行了动力特性分析和风致响应时域计算.基于目标响应时程探讨了风力机塔架-叶片耦合系统在随机风荷载作用下的动力响应特性,并与不考虑叶片影响的风力机塔架风致响应进行对比分析.研究表明,在进行风力机的抗风设计时,应该考虑塔架-叶片的耦合作用.     

盆式调谐/颗粒阻尼器在风力发电塔振动控制中的实测研究

基于调谐质量阻尼器和颗粒阻尼器的工作原理,提出了一种适用于风力发电塔架振动控制的盆式调谐/颗粒阻尼器.为了研究阻尼器的减振效果,以某1.5 MW陆上风机为样机,设计、制作并分阶段将阻尼器安装在塔顶平台.在塔顶布置加速度传感器测得急停工况和正常运行工况下风力发电塔顶部的动力响应.采用峰值法得到急停工况下塔架的一阶模态阻尼比,采用散点法得到运行工况下阻尼器的减振效率.实测分析结果表明,该阻尼器不仅可以有效增加急停工况下塔架垂直主轴方向的一阶模态阻尼比,还可有效减小大风条件下风机运行工况下塔架的振动.     

压电智能材料在悬臂梁结构振动控制中的应用

研究压电材料在柔性悬臂梁结构振动控制中的应用,采用压电有限元方法对压电智能梁的响应进行了数值模拟,在考虑压电片与悬臂梁之间相互耦合作用的基础上,通过有限元软件ABAQUS数值模拟获得压电智能梁在简谐荷载下的响应,并与有关试验结果进行对比来修正压电应变常数及介电常数等参数.通过数值算例对地震荷载作用下压电梁的振动响应进行了数值模拟,结果表明,压电材料对柔性结构的振动控制效果显著,最大控制效率能达到45%左右.     

结构顶部TMD系统采用隔震部件的减震研究

根据工程结构风振控制中应用较多的调谐阻尼减振机理，以地震作用下的减震控制为目的，提出在顸部TMD系统中采用隔震部件的方法，利用橡胶支座提供恢复力、利用滑动摩擦支座提供阻尼消能，以适应局部大变形要求。进一步对该体系在地震反应控制中的吸震效果进行了理论研究和编程计算分析，其中调谐减振子结构采用小比例附加质量。结果表明，该体系对地面地震动反应具有一定的减震效果，当TMD系统的基本周期接近某个模态周期时，调谐部分吸收地震能量较大，对主体结构具有较好的减震效果。特别当主体结构较规则、其地震反应是以基本振型反应为主的窄频反应时，减震效果更好。这些结果对结构调谐减震研究和应用具有一定意义。     

粘弹性阻尼结构振动仿真及在轨道车辆的应用

采用有限元和试验验证相结合的方法研究粘贴粘弹性阻尼悬臂梁的模态以及瞬态响应仿真技术,然后将仿真技术应用于轨道车辆车体结构,探索了粘弹性阻尼材料对车体结构振动特性的影响及其在轨道车辆车体减振设计的应用,研究表明采用粘弹性阻尼材料对轨道车辆结构具有较好的减振作用.     

巨型框架减振结构的动力时程分析

巨型框架减振结构具有调谐质量减振、基础隔震和阻尼耗能减振多种减振功能。文章采用隔震支座将主框架和子框架隔离开来,组成巨型框架减振结构;首先建立了巨型框架减振结构的结构动力模型得出减振结构运动方程,然后运用有限元分析软件SAP2000进行地震反应的线性时程分析,比较巨型框架减振结构和巨型框架抗震的动力响应;结果表明,减振结构方案有明显的减震效果。     

大型风力机塔架在脉动风下的动力响应特性研究

采用Kaimal脉动风功率谱,考虑脉动风的空间相关性,采用AR模型模拟风电场脉动风速时程,并验证脉动风速谱与目标谱的一致性;通过有限元方法计算风力机塔架结构在风载荷作用下的动力响应特性。计算结果表明:AR模型对实际风场风速进行有效模拟,考虑脉动风的影响,塔架的风振响应显著增加;随着风速的增加,塔架的振动也随之增加,这为风力机塔架的风致响应分析和抗风研究提供了实用方法。     

地震作用下固定式海上风机动力模型试验及耦合数值研究

海上风机是复杂环境荷载作用下多自由度复杂结构体系．为揭示环境荷载、转子机舱组件及支撑系统之间相互作用对海上风机结构运动响应的影响,建立水动力和结构弹性联合相似准则、气动力的牛顿相似准则,开展了地震、风、波流联合作用下海上风机整体结构动力模型试验,验证了风浪等环境荷载对于地震作用下五桩基础海上风机结构响应的影响．基于FAST v8推导并建立了地震、风、波浪联合作用下海上风机整体耦合数值仿真模型,揭示了该工况下海上风机结构响应的耦合特性,同时发现停机保护策略并不能有效降低海上风机结构地震响应．进一步,探讨了调谐质量阻尼器对海上风机在地震组合工况下的振动控制效果．     

风力机启停机过程中的振动特征分析

风力机运行中由于受到环境荷载和叶轮转动的激励作用,塔架产生振动,影响风力机寿命.为了分析风力机在启停机过程中的振动规律和动态特性,对1.5 MW风力机塔顶的振动进行了长期监测,并采用基于数据驱动的随机子空间法识别了结构一阶自振频率和阻尼比.对监测结果进行统计分析,发现该风力机在并网转速附近运行的时段较多,当风力机启动经过并网转速时,有明显的共振现象,而风力机停机经过并网转速时,共振现象则不明显.模态识别的结果表明,一阶自振频率随运行工况不同而微幅变化,风力机启动经过并网转速时的阻尼比较小,风力机停机经过并网转速时的阻尼比相对较大.此外,基于Sommerfeld效应对风力机启停机过程中的不同振动现象进行了解释.本文成果对于掌握同类型风力机的振动特性和动力参数优化具有借鉴意义.     

基于TMD控制的浮式风力机稳定性研究

针对浮式风力机受到各种复杂载荷而产生的稳定性问题,通过在5 MW Barge风力机机舱内配置调谐阻尼质量器(TMD),利用FAST模拟结构的动力特性,研究TMD对海上浮式风力机平台运动特性、塔顶位移以及塔架根部载荷的控制效果.此外,基于遗传算法对TMD结构参数进行优化,并比较了在无控制、无优化TMD控制以及优化TMD控...     

磁流变调谐质量阻尼器在海上风机振动控制中的应用

针对近海风机在风、波浪和地震3种载荷作用下的振动控制问题,提出了基于磁流变弹性体(magnetorheological elastomer, MRE)调谐质量阻尼器(tuned mass damper, TMD)的海上风机半主动控制方法。首先,介绍了MRE的变刚度磁致力学特性及面向海上减振需求的MRE-TMD结构设计原理;其次,建立了海上风机-TMD动力学模型,计算了风、波浪及地震激励载荷;再次,应用半主动控制算法跟踪识别风机塔筒顶端响应的频率,实时调节MRE-TMD的刚度,进而对海上风机进行振动控制。通过分析导管架式近海风机在多种载荷作用下的动力响应可知,采用基于MRE-TMD的控制方法能够有效衰减导管架式海上风机在多种载荷作用下的振动响应。与被动TMD相比,MRE-TMD具有较好的减振效果,为海上风机振动控制提供了一种新的解决思路。     

基于TMD的多跨折形人行吊桥的振动控制研究

文章建立了多跨折形钢结构人行吊桥模型,通过有限元软件ANSYS进行模态分析和人行荷载作用下的动力时程分析。结果表明,该桥在人行荷载作用下振动响应过大,影响结构的正常使用。在吊桥的跨中位置安装调频质量阻尼器(tuned mass damper,TMD)进行减振控制,通过计算选取最优的TMD参数。对比相同人行荷载作用下安装TMD装置和未安装TMD装置桥梁的动力响应,结果表明TMD能有效减轻吊桥的振动响应。     

半刚性基层振动压实时的下承层动力响应分析

为判断半刚性基层振动压实能否造成下承层的早期破坏,对半刚性基层在移动—振动压实荷栽作用下的下承层动态应力响应进行分析.将振动压路机对压实层施加的作用力简化成周期性变化的矩形均布压力,采用移动—振动荷载模型模拟振动压路机在振动压实过程中对压实层施加的作用,并对该振动压实荷载利用APDL语言编制相应的分析程序,实现了在有限元模型上的施加与求解.采用三维有限元瞬态动力分析方法以及ANSYS有限元程序,计算、分析半刚性基层在振动压实作用下的下承层的动态应力响应,建立了一种振动压实荷载作用下的路面结构层动态应力响应分析方法.算例显示,在下基层施工后7d,振动压实上基层时下承层动态拉应力峰值接近下承层的极限抗拉强度,可能会出现产生早期破坏,从而表明在半刚性基层振动压实时进行施工荷载与施工时机控制是必要的. 振动荷载模型模拟振动压路机在振动压实过程中对压实层施加的作用,并对该振动压实荷载利用APDL语言编制相应的分析程序,实现了在有限元模型上的施加与求解.采用三维有限元瞬态动力分析方法以及ANSYS有限元程序,计算、分析半刚性基层在振动压实作用下的下承层的动态应力响应,建立了一种振动压实荷载作用下的路面结构层动态应力响应分 方法.算例显示,在下基层施工后7d,振动压实上基层时下承层动态拉应力峰值接近下承层的极限抗拉强度,可能会出现产生早期破坏,从而表明在半刚性基层振动压实时进行施工荷载与施工时机控制是必要的. 振动荷载模型模拟振动压路机在振动压实过程中对压实层施加的作用,并对该振动压实荷载利用APDL语言编制相应的分析程序,实现了在有限元模型上的     

滚动型调制质量阻尼装置对高杆灯的风致振动控制

提出了一种可以置入高杆灯内部空间的滚动型调制质量阻尼装置(TRMD)来减缓灯杆的风致振动。该装置由球形振子、弧形轨道构成,具有制作方便、不影响灯杆的外观和使用功能以及布置灵活等优点。建立了设有该装置的受控系统的动力方程,模拟了六组不同幅值的风荷载样本,通过算例探讨了六组工况下的受控灯杆的减振性能。结果表明该装置可以有效地减小灯杆的风致振动,控制效果优良。同时还通过蒙特卡洛模拟统计分析了在随机风荷载作用下滚球式调谐质量阻尼器对高杆灯位移响应控制的有效性。     

中空钢管混凝土风力机塔架静动力特性研究

为了探索风力机塔架的新型结构形式,提出了中空钢管混凝土塔架技术,应用静动力数值计算验证其合理性和可靠性,建立了1.5MW的中空钢管混凝土新型风力机塔架的有限元模型,考虑不同的荷载工况,对该新型塔架和传统钢塔架进行静力和模态分析,比较了两者的计算结果,分析表明:该新型塔架具有良好的结构性能,塔架的侧移和应力有明显改善,可为该类塔架的结构设计提供参考.     

1000kV特高压大跨越输电塔调谐质量阻尼器减振效果分析

本文结合有限元模拟和风洞试验方法,研究了大跨越输电塔这一类高耸结构在有、无调谐质量阻尼器(TMD)时的风振响应。结果表明,当阻尼器占主结构质量比为2%时,对结构在横线和顺线方向的第一阶弯曲振动控制较好,放置TMD可增大结构的阻尼比,提高输电塔振动响应中的加速度均方根及位移均方根减振率,有利于输电塔结构整体的振动控制。     

列车振动荷载对古建筑的动力影响

在建的北京地下直径线周边有3处需保护的古建筑文物(Ⅰ-明城墙、Ⅱ-老车站、Ⅲ-正阳门和箭楼),对其进行列车振动荷载下的动力影响研究十分必要.应用列车-轨道耦合动力学理论,计算得到作用在隧道结构上的列车动荷载,并作为激励作用于动力有限元模型上,通过数值模拟计算,预测评估直径线与既有线列车荷载对周边古建筑文物的振动响应.结果表明,列车振动引起古建筑结构的动力响应随水平距离和竖向距离改变呈规律变化,地下结构以竖直方向动力响应为主,建筑物超过一定高度后,地上结构以水平方向动力响应为主,且地上结构的动力响应高于地下结构;直径线与既有线的列车运营对古建筑产生的振动影响,未超过但接近控制标准,不需特殊减振,应采取适当减振以对古建筑文物的保护留有余量.     

柔性支承下风力机传动系统振动响应分析

针对风力机大型化发展,塔架的柔性支承特性对风力机齿轮传动系的非线性动力学问题,利用一维弹性连续体振动理论模拟塔架的振动响应,建立振动位移对时间和空间的动力学方式,求解得到大型风力机塔架在随机变载荷下的振动位移响应,全面综合考虑了齿面摩擦、齿轮时变啮合刚度及齿形综合误差等因素的影响,分析传递到齿轮箱系统动力学特性。分析结果表明塔架弹性支承对各齿轮系统各个方向的振动响应均有影响,其中各零件的轴向振动影响最大,振幅均值比刚性支承下的均值高19.5%~25.8%,这表明塔架的柔性支承对系统动力学分析及可靠性设计具有一定影响,为风力机齿轮箱的稳健性和结构优化设计奠定了基础。