MCS自适应算法在非线性结构AMD控制中的应用

控制算法决定着振动控制的稳定性和减振效果,是结构AMD主动控制的核心组成部分。将最小控制综合(MCS)自适应算法运用于AMD控制结构系统,该算法不要求事先知道受控结构的精确力学模型和参数,且在受控结构进入非线性状态下也能达到很好的控制效果。利用拉格朗日方程推导了采用MCS算法的非线性结构AMD系统的控制方程;在小型振动台上对刚度突变结构进行了控制试验。试验结果表明:采用MCS自适应算法的AMD系统可以有效地减小刚度突变结构响应,并且可让实际结构响应与参考模型预期响应保持一致,达到满意的减振效果。     

防振锤抑制拉索振动的仿真分析与试验研究

针对目前斜拉桥拉索减振方法的不足,提出利用防振锤抑制拉索振动的思路。为验证该方法的有效性,本文分别建立了拉索和防振锤的运动方程,并采用振型叠加法建立与其对应的广义坐标方程,采用状态空间法建立与其对应的状态方程,运用SIMULINK仿真系统对拉索进行了动力仿真分析。设计了相应的室内试验,进行了拉索-防振锤组合系统试验,并利用SIMULINK对试验进行了相同参数的仿真分析,对比验证了防振锤减振的有效性。仿真结果与试验结果对比发现,作为拉索减振装置防振锤减振效果较为显著,对于防振锤的设计应使其振动频率与拉索振动频率相一致、安装质量不宜过小、阻尼不宜太大、且宜安装在拉索振幅较大处。研究结果表明:防振锤抑制拉索的振动是有效的,利用防振锤装置抑制超长拉索振动是可行的。     

考虑楼板刚度的楼面振动减振改造分析

工业厂房中安装的动力设备易引发结构的振动,危害正常生产和结构安全。本文针对浮置平台隔振技术进行了相关研究,建立了两自由度隔振体系的力学模型,给出了考虑楼板刚度时振动的传递率,分析了不同隔振器刚度和楼板刚度对隔振效果的影响。对某实际工程进行了有限元建模分析,对比了隔振前后的楼板振动响应,隔振效果显著,且未改变动力设备振动的频谱特性,对设备的正常运行没有影响。对隔振后的厂房结构进行现场振动测试,楼面振动响应得到有效控制,满足相关规范要求,设备区域减振率达到70%~80%。     

圆球减振装置对风力发电高塔的振动控制研究

本文提出了圆球减振装置对风力发电高塔振动控制的工作原理和计算方法,并对其控制效果进行了理论研究。首先利用拉格朗日方程推导得到圆球减振装置的自振频率及其对单自由度系统的被动控制力,并推广至多自由度系统。进而将风力发电高塔等效为集中质点模型,建立了风塔-减振装置体系的运动微分方程。用谐波叠加法模拟得到脉动风速时程,分析比较了风力发电高塔在无控及有控状态下的动力响应及疲劳寿命。计算结果表明,圆球减振装置是一种简单、经济和实用的减振装置,能够有效减小风塔的动力响应,延长其疲劳寿命。     

拉索端部弹性约束振动控制研究(Ⅰ)——理论模型

本文建立了拉索振动的轴向被动控制理论模型。在拉索端部沿轴向设置弹性约束,通过影响索端支座的移动,从而改变拉索的振动特性,最终达到减振效果。通过D’Alembert原理建立拉索-弹性约束系统振动方程,通过Galerkin方法将偏微分方程转化为常微分方程,应用龙格-库塔积分法求解方程;经过仿真分析,验证了该振动控制具有明显的减振效果,并且讨论了初始拉力、支座质量、振动频率及弹簧刚度对减振效果的影响;最后给出了计算最优阻尼参数的近似解析式,为工程师提供了简便有效的参考依据及设计方法。     

拉索端部弹性约束振动控制研究(I)——理论模型

本文建立了拉索振动的轴向被动控制理论模型。在拉索端部沿轴向设置弹性约束,通过影响索端支座的移动,从而改变拉索的振动特性,最终达到减振效果。通过D’Alembert原理建立拉索-弹性约束系统振动方程,通过Galerkin方法将偏微分方程转化为常微分方程,应用龙格-库塔积分法求解方程;经过仿真分析,验证了该振动控制具有明显的减振效果,并且讨论了初始拉力、支座质量、振动频率及弹簧刚度对减振效果的影响;最后给出了计算最优阻尼参数的近似解析式,为工程师提供了简便有效的参考依据及设计方法。     

基于等效力控制方法TLD减振结构振动台子结构试验

通常采用数值模拟和小比例尺试验的方法研究调谐液体阻尼器(TLD)对结构的减振控制效果。由于TLD依靠水的晃动来提供减振力,精确的数值模型不易建立;另外,振动台模型试验又只能进行小比例尺试验,难以真实反映原型结构性能。为了解决这个问题,提出基于等效力控制方法的振动台子结构试验方法,以真实揭示TLD减振控制结构的抗震性能。通过试验研究得到如下结论:(1)惯性试件的振动台子结构试验结果与精确解吻合很好,表明基于等效力控制方法振动台子结构试验具有很好的精度;(2)TLD减振控制三层钢框架系统的振动台全结构和子结构试验结果吻合较好,进一步证明了基于等效力控制方法振动台子结构试验具有很好的精度。     

新型钢弹簧浮置板道床隔振试验与数值分析研究

提出了一种附加位移放大杠杆的新型钢弹簧浮置板道床隔振装置并进行了理论分析,给出了该装置基于位移放大倍数的阻尼力和耗能计算公式。同时设计制作了附加3倍位移放大的新型钢弹簧浮置板道床隔振装置并进行了地铁振动测试,试验结果表明:该装置隔振效果显著。通过建立新型钢弹簧浮置板道床隔振系统有限元分析模型,数值模拟结果与实测振动数据可进行较好的吻合,结果表明:新型钢弹簧浮置板道床隔振系统能有效地减小结构的动力响应。     

新型减振装置TL-PD的风洞模型试验研究

高柔结构动力反应强烈,对结构安全性和舒适性带来了挑战。为经济有效地控制高柔结构的动力响应,各种减振措施相继被提出,并在研究和实践中不断取得进展。文章发展了一种将调谐液体阻尼器(TLD)与颗粒阻尼器(PD)结合的新型减振耗能装置TL-PD,尝试用于高柔结构的振动控制。为验证该装置的风振控制效果,将简易TL-PD装置安装于一高层结构模型顶部,开展了风洞试验。试验结果表明,TL-PD在颗粒充分碰撞后对高层结构具有良好的振动控制效果,且控制效率受到质量比、颗粒密度及风速的影响。     

拉索端部弹性约束振动控制研究(Ⅱ)——试验验证

在索端沿轴向设置弹性约束,对拉索振动轴向被动控制进行了试验研究。研究了支座移动对拉索振动频率的影响;验证了弹性约束对拉索振动的减振效果,讨论了阻尼系数和弹簧刚度对减振效果的影响;最后验证文献[10]中理论研究的正确性。     

基于形状记忆合金-悬吊质量摆减振系统的结构地震响应分析

针对风电塔架结构内部有限的空间,设计一种新型减振系统。基于悬吊质量摆减振原理,利用形状记忆合金（SMA）的超弹性特性,将SMA丝与弹簧叠加成SMA阻尼器后并与悬吊质量摆复合,设计了一种形状记忆合金-悬吊质量摆阻尼器（SMA-SMPD）系统。研究了细部构造、减振原理和参数影响,并利用Matlab软件对单自由度体系在不同地震作用下的动力响应进行了数值模拟。结果表明:所设计的刚度和质量可调的SMA-SMPD是有效的。与结构受控频率相调时,将结构振动能量集中转换到SMA-SMPD上,可耗散结构振动能量,减震率可达30%~40%,且整体性能稳定,对结构动力响应控制效果显著。     

考虑人体舒适度的大型火车站房楼盖振动控制研究

近年来,各地纷纷兴建大型火车站房,这类建筑中的楼盖大多为大跨、轻质和低阻尼结构,本文基于人体舒适度考虑,对这些大跨楼盖进行振动舒适度的分析。首先,建立某大型火车站房的整体有限元模型,研究这类建筑中大跨楼盖的振动特性;随后,对楼盖在各种不利工况人群荷载作用下的振动舒适度进行分析;最后,在已有研究的基础上,提出了大跨楼盖多重调谐质量阻尼器（Multiple Tuned Mass Dampers,简称MTMD）减振设计方法。结果表明,利用该方法设计MTMD减振系统,可以有效地控制大跨楼盖的竖向振动,各工况下的平均减振率可达34%,从而使结构在使用时满足人体舒适度的要求。     

拟负刚度阻尼减振结构的动力特性与减振效果分析

对拟负刚度阻尼减振结构的动力特性与减振效果进行了研究。首先,证明了采用拟负刚度控制方法时,结构响应与外荷载之间满足齐次性;其次,对拟负刚度阻尼减振结构的加速度放大系数和位移放大系数进行了研究,并与粘滞阻尼减振结构的加速度放大系数和位移放大系数进行了比较;最后,对地震荷栽作用下拟负刚度阻尼减振结构的减振效果进行了分析。研究结果表明：当外荷载与结构的频率比大于1或结构的周期较长时,拟负刚度控制对结构绝对加速度的控制效果要好于粘滞阻尼减振结构的控制效果,对结构位移的控制效果要差于粘滞阻尼减振结构的控制效果。     

基于叠合空腔楼板的PTRMD系统随机动力性能及振动台试验研究

为了将先进振动控制技术应用于装配式建筑,以装配式叠合空腔楼板构件为设计基础,结合调谐滚动耗能和碰撞耗能两种机制,研发了一种新型的滚球式碰撞调制质量阻尼器耗能减震装置（PTRMD）。在已有的确定性激励减振性能研究结果的基础上,进一步展开了该装置的随机动力分析及试验研究。选择Kanai-Tajimi激励作为高斯随机过程模型,模拟得到6层框架结构的顶层位移标准差和层间位移方差等结果;利用Monte-Carlo方法进行了PTRMD系统的整体抗震可靠度分析,最终随机动力响应结果和可靠度分析结果都证实了PTRMD装置具有良好的振动控制效果。试验方面,得到了简谐激励和不同地震波激励作用下,PTRMD装置参数变化时的减振数据,验证理论结果的同时总结了参数设计规律。为进一步推动耗能空腔楼板结构的发展提供理论支持。     

磁流变调谐液柱阻尼器半主动地震反应控制研究

结构的半主动控制装置是国际上研究的一个热点.磁流变式调谐液柱阻尼器(MR-TLCD)是一种新型的减振驱动器.文中提出了抑制结构水平振动的MR-TLCD模型,建立了MR-TLCD与结构相互作用的运动方程.在经典线性最优控制(COC)和瞬时最优控制(IOC)算法的基础上,研究了Clipped-optimal半主动控制策略的减振效果,并与被动控制的减振效果进行了对比.结果表明:磁流变式调谐液柱阻尼器的半主动控制能够有效地减小结构的地震反应,且优于被动控制.     

核电结构三维隔震研究

三维隔震对保护核电厂结构和内部设备设施安全具有重要意义。首先,设计了一种三维隔震控制系统,该系统包括水平隔震层和竖向隔震层,在竖向隔震层中设置抗摇摆装置以达到控制结构摇摆反应。其次,对三维隔震模型进行了振动台试验验证,振动台试验结果表明,该系统能有效减小上部结构地震响应。最后,对核岛厂房采用三维隔震技术进行了讨论,分析了强震作用下核岛厂房三维隔震结构反应特征。     

零讯

日本建立减震技术实验楼清水建筑公司以开发面向超高层楼房的减振装置和防止松软地基液化的新技术为目标,在东京江东区的技术研究所内建立了一幢实验楼。该实验楼内装有可产生各种振动的装置,以收集楼房晃动的数据。另外,还利用离心力制作了与承受土压力的地下状态相同的地基,并给以造成地基液化的振动,对地基的情况进行观测。实验楼为7层,高层部为减振实验楼,低层部为离心力实验楼。减振实验楼内装有可产生烈度4(日本气象厅烈度标度)晃动的起振机和可使建筑物向楼房晃动相反方向晃动来抑制晃动的减振装置。建立该实验楼的目的是为了再现楼房各种晃动的情况,以开发节能型减振装置和面向超过1000米的超高层楼房的装     

TLD振动台子结构试验的数值仿真分析

本文采用振动台子结构试验数值仿真验证了圆柱形调谐液体阻尼器(CTLD)控制建筑结构地震响应的性能。振动台子结构试验将结构模型作为数值子结构在计算机中计算,将CTLD作为试验子结构进行物理试验。在CTLD和振动台之间安装剪切力检测装置,将测得的剪切力和地震波输入到数值子结构中,采用实时子结构中心差分法进行数值子结构运动方程的求解,计算得到了结构顶层的绝对加速度。再将加速度由振动台实时加载到试验子结构上,实现了结构和CTLD的相互作用。对一个单自由度结构有CTLD控制和无CTLD控制时的加速度响应进行了精确数值求解,结果验证了CTLD能够有效地控制结构在地震作用下的加速度响应。用振动台子结构试验对CTLD与结构耦合系统进行仿真,得到的加速度响应与精确数值求解的结果吻合较好,验证了这种方法能够准确地评估CTLD的减振性能。     

某大型复杂结构地震响应与控制研究

针对某大型复杂结构的地震响应及控制策略进行了研究。首先,建立该结构的整体有限元模型,采用Ritz向量法对结构进行模态分析,研究该复杂结构的振动特性,基于位能加权平均法求解了该复杂结构等效阻尼比;随后,研究了不同布置型式下粘滞消能支撑的受力特点和计算模型;最后.对该结构进行减振设计,分析了不同消能支撑布置形式下的减振效果。结果表明,采用消能减震装置能有效降低复杂结构的地震响应,且并不改变结构体型;同等减震效果前提下,采用人字形支撑比采用斜撑更为经济。本文工作可供类似的大型复杂结构减震设计参考和借鉴。     

支撑刚度对磁摩擦耗能减振体系的影响

本文在已有磁摩擦耗能减振体系振动台试验基础上，讨论了两类磁摩擦耗能减振体系支撑刚度的影响，揭示了支撑刚度对磁摩擦耗能装置减振效果的影响规律，给出了两类磁摩擦耗能装置在结构中发挥最佳减振效果时支撑刚度的取值范围。