调谐质量阻尼器减震控制的研究发展趋势

综述了土木工程结构减震控制的研究现状,讨论了调谐质量阻尼器(TMD)的工作原理,评述了TMD的国内外研究进展,最后阐述了TMD的研究和发展的趋势.     

多重单面碰撞调谐质量阻尼器参数优化与试验研究

基于多重调谐原理,提出一种将碰撞质量和碰撞耗能装置分散布置的多重单面碰撞调谐质量阻尼器（MSS-PTMD）. 该阻尼器具有多重调谐的功能,以至能覆盖更宽的控制频域并具有更好的减振性能. 同时,该阻尼器能将调谐质量分块化、小型化,提升碰撞类调谐质量阻尼器在实际工程中的可行性. 为深入研究MSS-PTMD的性能特点,建立了单自由度结构与MSS-PTMD耦合运动方程,基于H∞优化准则得到了MSS-PTMD的优化参数;采用数值模拟对比了SS-PTMD和双重单面碰撞调谐质量阻尼器（DSS-PTMD）的减振性能;最后,通过试验验证了DSS-PTMD的减振效果. 研究表明,增加调谐质量数量能有效提升MSS-PTMD的减振带宽和减振性能;在完全调谐和失谐±5%的情况下,MSS-PTMD都比SS-PTMD具有更好的减振效果.     

基于管道调谐质量阻尼器的宽频减振实验研究

将调谐质量阻尼器应用于管道减振时存在有效频带窄等问题,严重限制了其在工程中的应用。本文通过建立管道调谐质量阻尼器减振试验台,研究得到调谐质量阻尼器安装的最佳位置以及作用范围的大小;通过增加调谐质量阻尼器的质量比或者个数有效地拓宽了其作用频带的范围。本文实验结果能够为调谐质量阻尼器的工程应用提供一定依据。     

池式调谐质量阻尼器的工程设置方法

结构物的储水装置常被设计成池式调谐质量阻尼器(池式TMD),液体的动力效应会影响调频阻尼系统的控制效果.结合调谐液体阻尼器(TLD)与TMD共同作用的原理,综合考虑池式TMD的总体控制效果,并提出运用最优动力方法对池式TMD进行设置.以结构物室内游泳池为例,研究不同池长设计值的池式TMD的控制性能.结果表明,运用最优动力方法设置的池式TMD的控制效果明显优于普通方法设置的池式TMD,并为适应结构物内部使用空间要求提供了更为宽松的条件.     

调谐双重液柱与质量阻尼器及其工程设置方法

为了设计调谐类阻尼器,基于建筑物内部储水装置的多用途性,并结合调谐液柱/质量阻尼器(TLCMD)的经济性与实用性以及混合水箱装置(MTLDs)优越的减振控制性能,提出调谐双重液柱/质量阻尼器(TDLCMD)的概念。分析了由双重调谐液柱阻尼器(DTLCD)组合而成的水箱内水的动力效应对TDLCMD系统控制性能的影响;并提出运用优化动力方法对TDLCMD进行设置。算例分析表明:TDLCMD可取得与TMD相当,优于TLD、TLCD的控制效果;而运用优化动力方法设置的TDLCMD的控制性能明显优于普通方法,并使该阻尼器的安装更为适合于建筑物内部的使用空间。     

基于表观质量负刚度效应的调谐质量阻尼器频率调节

以附加惯性飞轮与滚珠丝杠机构的弹簧-质量块单自由度(SDOF)模型为例,综合理论分析与模型试验建立了表观质量引起的负刚度效应模型。分析了将表观质量负刚度效应应用于调谐质量阻尼器(TMD)频率调整的可行性。研究表明:基于表观质量负刚度效应的TMD频率调节方法,采用质量比很小的惯性飞轮封装,即可实现TMD频率较大范围内的高效调节;基于表观质量负刚度效应的竖向超低频TMD设计方法,有效解决了TMD静压缩量偏大的问题。     

地震作用下高层建筑多重调谐质量阻尼器控制优化设计

通过多重调谐质量阻尼器(MTMD)系统参数的可能组合，得到了5种MTMD模型．基于结构受按振型——MTMD系统的力学模型，建立了设置这5种MTMD时结构的传递函数和动力放大系数统一表达式．于是5种MTMD的优化准则可统一定义为结构最大动力放大系数的最小值的最小化．基于MTMD的优化结果即最优频率间隔、最优平均阻尼比和最优调谐频率比，利用Wilson—θ法对一22层高层钢结构—MTMD系统进行了时程分析．分析中所用地震波分别为：EL—Centro地震波，Taft地震波，天津地震波和上海地震波．进而评价了5种MTMD的地震反应控制效果和冲程情况．研究表明，在高层钢结构建筑的MTMD地震反应控制中宜优先考虑MTMD(Ⅰ)和MTMD(Ⅴ)模型．     

调谐混合水箱/质量阻尼器及其工程设置方法

为充分利用结构物内部储水装置的经济性及实用性,调谐类阻尼器有更多样的设计.提出了调谐混合水箱/质量阻尼器(THMD)的概念.分析了由调谐液柱阻尼器(TLCD)与调谐液体阻尼器(TLD)组合而成的混合水箱内水的动力效应对THMD系统控制性能的影响;并提出运用最优动力方法对THMD进行设置.算例分析表明,THMD可取得与TMD相当,优于TLD、TLCD的控制效果;而运用最优动力方法设置的THMD的控制性能明显优于普通方法,并为适应结构物内部使用空间要求提供了更为宽松的条件.     

鼠笼式调谐质量阻尼器用于转子振动控制的研究

基于鼠笼良好的环向对称性及结构紧凑等特点,提出了一种用于转子系统振动控制的新型鼠笼式调谐质量阻尼器(TMD)。通过有限元计算设计了这种质量阻尼器的结构,以转子一阶临界转速下的频率为目标频率进行振动控制,对TMD的质量、笼条数量、笼条直径、笼条长度等参数进行了设计;之后对所选取的3种TMD结构进行了模态分析,并通过转子动力学仿真,模拟了这3种结构的减振性能;最后搭建了转子实验台,验证了所设计的鼠笼式调谐质量阻尼器能够有效控制转子系统过临界时的不平衡响应,降振幅度达到34.6%。     

磁耦合调谐质量阻尼器的参数优化及减振效果

在调谐质量阻尼器的基础上,将黏性阻尼器换成电磁阻尼器,建立了3个自由度磁耦合调谐质量阻尼系统的力学模型及其运动学方程。利用傅里叶变换导出了该系统随外激励变化的傅里叶响应函数。根据固定点法和参数组合筛选法对系统的参数进行了优化处理,得到了最优频率比、电阻尼比和耦合参数。减振效果显示,磁耦合调谐质量阻尼器比调谐质量阻尼器的减振效果提高了20%左右。     

偏心框架结构采用扭转调谐液柱阻尼器的设计方法

扭转调谐液柱阻尼器(torsional tuned liquid column damper,TTLCD)是一种有效的扭转振动控制装置.本文对该阻尼器在偏心框架结构中的设计方法进行研究,针对不同的倾斜管道投影点和倾斜角,建立了三种形式的扭转调谐液柱阻尼器在地震作用下的运动方程和控制力方程,给出TTLCD参数优化的具体公式,其方法为对比扭转调谐液柱阻尼器-偏心结构和扭转调频质量阻尼器(torsional tuned mass damper,TTMD)-偏心结构,将两控制系统转化,利用Den Hartog或Ikeda给出的调频质量阻尼器(tuned liquid mass damper,TMD)参数优化公式来实现TTLCD参数优化,最后给出TTLCD的设计流程.通过对一个四层偏心框架结构进行模拟,验证了理论设计方法的合理性.     

一种调谐质量阻尼器(TMD)等效阻尼力测量方法

建立了结构安装调谐质量阻尼器(TMD)减振装置的力学简化模型,基于Den Hartog给出的经验公式设计参数,提出了一种可以直接测量结构与TMD之间作用力(称为等效阻尼力)的半实物实验新型测试系统.该系统可测试TMD的力学特性,重现在真实环境荷载激励下海洋平台的响应.介绍了该实验系统的原理及等效阻尼力的测量方法,并在正弦位移输入下,对实测的等效阻尼力与计算值进行了比较,发现两者数值大小近似相等,验证了该系统的可行性.     

钢拱桥刚性细长吊杆减振用调谐质量阻尼器的试验研究

针对钢拱桥刚性细长吊杆空气动力性能较差的问题,给出了采用调谐质量阻尼器(TMD)的吊杆减振初步设计方法,并研制了适用于吊杆减振的永磁式电涡流TMD样机。不仅实现了TMD刚度与阻尼的完全分离,且阻尼很容易地通过调整磁场间隙进行调节。试验与分析结果表明,研制的TMD具有较好的耐久性与工程应用可行性。     

四跨转子应用调谐质量吸振器抑制临界转速振动实验研究

为解决多跨串联转子在升速降速过程中经过转子的临界转速区域会产生严重振动的问题,设计了一种新型质量调谐吸振器,搭建了四跨转子实验台并进行了实验研究。根据转速信号对四跨转子轴系进行有开关控制吸振器的振动控制研究,在转子过临界时吸合相应转子上吸振器的电磁铁,使吸振器的固有频率与转子临界转速对应的频率一致。结果表明,新型调谐质量吸振器能够有效抑制四跨转子过临界时的振动,同时避免了由吸振器产生的新共振对转子的影响,使四跨转子轴系在全转速范围内保持较低的振动幅值。     

磁流变环形调液阻尼器(MR-CTLCD)对结构扭转振动控制的参数研究

研究在地震激励下,磁流变环形调液阻尼器对结构扭转反应的控制.首先建立磁流变环形调液阻尼器在地震作用下的运动方程,根据随机振动虚拟激励法一般原理,推导地震作用下磁流变环形调液阻尼器振动控制最优控制参数的表达式,对结构纯扭转的振动问题进行研究,分析各参数对最优等效阻尼比和最优频率比的影响,以及各参数对磁流变环形调液阻尼器减振效果的影响.结果表明,磁流变环形调液阻尼器能有效较小结构扭转振动,是一种有效的结构扭转振动控制装置.     

超高层建筑结构组合调谐风振控制系统

为充分利用调谐液体阻尼器(TLCD)的经济性和调谐质量阻尼器(TMD)的高效性,提出一种TLCD与TMD相结合的组合调谐阻尼器(CTD),从理论上说明CTD的合理性,推导其运动方程,引入协同损失因子评价其减振性能,并与TLCD和TMD的减振效果进行对比分析.研究表明:CTD不同参数配置时,协同损失因子不同,可达35%;相同参数配置下,CTD减振效果介于TMD和TLCD之间.综合经济和效率因素,CTD是一种很有竞争力的减振手段,具有广阔的工程应用前景.