本文關(guān)鍵詞：調(diào)諧液體阻尼器液體晃蕩形態(tài)與阻尼力數(shù)值模擬研究

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【摘要】：調(diào)諧液體阻尼器(Tuned Liquid Damper,簡稱TLD)是一種有效的結(jié)構(gòu)控制裝置,它利用固定在結(jié)構(gòu)物上的水箱在結(jié)構(gòu)振動時晃蕩產(chǎn)生的水壓力作為反力,抑制結(jié)構(gòu)振動。同時,液體的動能在水晃蕩過程中由于水的粘性被耗散,起到了消能的目的。相比于傳統(tǒng)的調(diào)諧質(zhì)量阻尼器(Tuned Mass Damper,簡稱TMD),TLD具有減振效果好、成本低,易于安裝,維護簡單等優(yōu)點,且適于臨時使用。當(dāng)結(jié)構(gòu)上有儲液裝置時,也可兼做TLD。本文首先介紹了TLD國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀,包括淺水TLD和深水TLD的研究成果以及工程應(yīng)用。然后,對于TLD減振時的晃蕩現(xiàn)象展開了論述,詳細(xì)介紹了晃蕩現(xiàn)象的研究成果和研究方法,重點介紹了數(shù)值模擬方法。在此基礎(chǔ)上,建立了基于CIP (Constrained Interpolation Profile)方法的求解Navier-Stokes方程的計算流體力學(xué)模型。數(shù)值模型離散采用有限差分方法,在交錯網(wǎng)格上,時間方向使用分步積分方法,求解Navier-Stokes方程,其中,CIP方法應(yīng)用在時間積分的第一步。使用BiCGSTAB(雙共軛梯度穩(wěn)定解法)求解泊松方程離散后的矩陣。自由面捕捉采用THINC (Tangent of Hyperbola INterface Capturing)格式求解,該方法具有界面緊致,無需重構(gòu),易于實現(xiàn)等特點。模型能夠模擬劇烈的液體運動。TLD計算域的控制方程在動坐標(biāo)系下表達,將網(wǎng)格的運動轉(zhuǎn)化為流體受到的體積力。為了驗證模型求解結(jié)果的正確性,模擬了潰壩和液艙晃蕩并與試驗結(jié)果進行了比較。潰壩計算結(jié)果證明了壓力和自由面捕捉的準(zhǔn)確性。晃蕩的計算分別模擬了帶隔板和不帶隔板的液艙晃蕩,壓力以及液面變化與試驗相比結(jié)果非常吻合,確認(rèn)了在動坐標(biāo)系下計算結(jié)果的正確性。TLD晃蕩的模擬分為淺水TLD和深水TLD兩種情況,分別模擬了不同液體深度下TLD在不同激勵幅度和頻率的激勵下內(nèi)部液體的響應(yīng)。分析計算結(jié)果,探究了淺水TLD和深水TLD在工作時內(nèi)部晃蕩的形態(tài)以及不同變量對TLD阻尼力的影響。淺水TLD在晃蕩時液體的運動形態(tài)主要是行波,在較淺深度時波浪破碎現(xiàn)象較劇烈,非線性為控制因素,能夠耗散較多能量,在激勵頻率變化較大范圍內(nèi),能夠有較好的減振效果,而深水TLD在晃蕩時液體運動形態(tài)為駐波,在激勵幅度較大時才會出現(xiàn)波浪破碎,能量耗散較小,且頻率工作區(qū)間較窄。TLD阻尼力的極值隨著激勵幅度的增加而增加。淺水TLD相比于深水TLD減振和消能效果更好,特別是淺水TLD的工作頻率范圍大,適用范圍廣。而深水TLD對激勵頻率較敏感,非共振頻率激勵下減振效果比淺水TLD的減振效果差。
【關(guān)鍵詞】：調(diào)諧液體阻尼器 CIP 數(shù)值模擬 晃蕩
【學(xué)位授予單位】：中國海洋大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TB535
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 1. 緒論11-20
• 1.1. 研究背景11-12
• 1.2. TLD簡介12-14
• 1.3. 研究現(xiàn)狀14-17
• 1.3.1. 淺水TLD14-15
• 1.3.2. 深水TLD15-16
• 1.3.3. 其它16-17
• 1.4. TLD的應(yīng)用17-18
• 1.4.1. 日本長崎機場控制塔17-18
• 1.4.2. 日本Shin-Yokohama王子酒店18
• 1.5. 本文主要研究工作18-20
• 2. 晃蕩現(xiàn)象研究現(xiàn)狀20-31
• 2.1. 解析方法21
• 2.2. 模型試驗21-22
• 2.3. 數(shù)值模擬22-30
• 2.3.1. 描述方法及計算域劃分方法24-25
• 2.3.2. 離散方法25-28
• 2.3.3. 自由面求解方法28-30
• 2.4. 本章小結(jié)30-31
• 3. 基于CIP方法的晃蕩數(shù)值模型31-51
• 3.1. CIP方法31-37
• 3.1.1. CIP方法簡介31-32
• 3.1.2. 一維CIP方法32-33
• 3.1.3. 二維CIP方法33-37
• 3.2. 控制方程37-39
• 3.3. 計算網(wǎng)格39-40
• 3.4. 時間積分的分步算法40-45
• 3.5. 界面求解45-48
• 3.6. 邊界條件48-49
• 3.7. 本章小結(jié)49-51
• 4. 數(shù)值模型驗證51-63
• 4.1. 潰壩51-57
• 4.1.1. 潰壩case151-54
• 4.1.2. 潰壩case254-57
• 4.2. 液艙晃蕩57-62
• 4.2.1. 晃蕩case157-60
• 4.2.2. 晃蕩case260-62
• 4.3. 本章小結(jié)62-63
• 5. TLD晃蕩形態(tài)與阻尼力模擬63-82
• 5.1. 淺水TLD63-75
• 5.1.1. 淺水TLD液體晃蕩形態(tài)64-71
• 5.1.2. 淺水TLD阻尼力71-75
• 5.2. 深水TLD75-82
• 5.2.1. 深水TLD液體晃蕩形態(tài)75-79
• 5.2.2. 深水TLD阻尼力79-82
• 6. 結(jié)論與展望82-84
• 6.1. 結(jié)論82
• 6.2. 展望82-84
• 參考文獻84-90
• 致謝90-91
• 個人簡歷91
• 在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文91

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中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

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本文編號：1036858