單面碰撞TMD的減振性能分析與試驗
發(fā)布時間：2022-01-23 12:44
根據(jù)質(zhì)量塊單面碰撞的特點,得到了SS-PTMD的動力特性;開展黏彈性材料自由碰撞試驗,根據(jù)試驗數(shù)據(jù)識別了碰撞力模型參數(shù),驗證了碰撞力模型的可靠性;設計了可改變頻率的單自由度結(jié)構(gòu)的試驗模型,開展了減振試驗。仿真分析表明:調(diào)諧時在自由振動阻尼比由0.1%增加到3.66%時,在簡諧激勵下的減振率達到95.1%;在頻率失諧時（-11.6%）自由振動阻尼比可達到1.71%,在簡諧激勵下減振率達到94.6%。采用試驗分析評估了結(jié)構(gòu)在自由振動、簡諧振動的控制效果,分析表明:調(diào)諧時在自由振動阻尼比由0.1%增加到3.52%,在簡諧激勵下的減振率達到95.6%;在頻率失諧時（-11.6%）自由振動阻尼比可達到1.43%,在簡諧激勵下減振率達到95.3%。理論仿真分析和試驗結(jié)果表明:SS-PTMD能夠有效控制自由振動和簡諧激勵下結(jié)構(gòu)的振動。
【文章來源】：應用力學學報. 2020,37(05)北大核心CSCD
【文章頁數(shù)】：8 頁
【部分圖文】：
SS-PTMD力學模型Fig.1MechanicalmodelofSS-PTMD
)式中ζPTMD為SS-PTMD的等效阻尼比，且當彈性恢復系數(shù)e為常數(shù)時，SS-PTMD所提供的阻尼為線性阻尼。2.2碰撞力模型與驗證碰撞試驗如圖2所示。利用剛性桿懸掛質(zhì)量塊形成單擺，碰撞擋板表面粘貼黏彈性材料。力傳感器安裝在擋板與碰撞塊之間，記錄碰撞力數(shù)據(jù)。將激光位移計設置在與質(zhì)量塊平行的位置，以便采集質(zhì)量塊的位移數(shù)據(jù)。剛性桿上部使用軸承安裝在固定于立架上的滑塊上。立架與碰撞擋板用膨脹螺絲固定于地面，形成剛接。(a)碰撞模型設計圖(thedesignofpoundingmodel)(b)碰撞模型試驗圖(theexperimentofpoundingmodel)圖2碰撞模型圖Fig.2Thediagramofpoundingmodel考慮黏彈性材料殘余變形的碰撞力模型[20]為maxmaxmax,0,0(),,00,0,0nneneeeekFf≥≥≥(3)式中：和為碰撞過程中的相對位移與相對速度；n為非線性系數(shù)；k和ζ分別為碰撞剛度和阻尼系數(shù)；e和max分別為殘余表面變形和最大碰撞嵌入深度(即最大碰撞相對位移)；fe為最大彈性撞擊力，其表達式為maxnefk(4)定義黏彈性材料的殘余表面變形率cr為maxerc(5)根據(jù)碰撞試驗數(shù)據(jù)應用粒子群方法識別的模型參數(shù)見表1。表1碰撞模型參數(shù)Tab.1Theparametersofthepoundingmodel參數(shù)(parameter)ncreζk/N·m-1.5數(shù)值(value)1.50.7090.467.007×1062.2×106為了驗證碰撞力模型的準確性，試驗時將碰撞質(zhì)量距離平衡位置0.5m處釋放。圖3為模型與試驗結(jié)果的對比圖，由圖可知，采用碰撞力模型得到的碰撞力、位移、碰撞時間和實驗結(jié)果的誤差
第5期王修勇，等：單面碰撞TMD的減振性能分析與試驗1989程中的位移及碰撞力大校(a)位移時程(thetimehistoryofdisplacement)(b)碰撞力時程(thetimehistoryofpoundingforce)圖3試驗與碰撞力模型結(jié)果對比Fig.3Comparisonbetweentheexperimentandmodel3SS-PTMD結(jié)構(gòu)減振仿真分析3.1SS-PTMD結(jié)構(gòu)運動方程單自由度結(jié)構(gòu)安裝SS-PTMD的力學模型如圖4所示，系統(tǒng)的運動方程為ssssss1s10111s1()()()(()())sin()()()(()())()mxtcxtkxtkxtxtPwtFtmxtkxtxtFt(6)式中：xs和x1分別為結(jié)構(gòu)位移和SS-PTMD位移；ms、cs、ks分別為主結(jié)構(gòu)的質(zhì)量、阻尼、剛度；m1和k1為SS-PTMD的質(zhì)量和剛度；P0sin(wt)是簡諧激勵力，自由振動時P0=0；F為碰撞力；t為時間。圖4加裝SS-PTMD的單自由度結(jié)構(gòu)力學模型Fig.4Thesingle-degree-of-freedomstructuralmechanicsmodelwithSS-PTMD3.2自由振動下SS-PTMD減振仿真分析仿真參數(shù)為：主結(jié)構(gòu)頻率1.286Hz，質(zhì)量450kg，阻尼比0.1%；SS-PTMD自由振動頻率0.68Hz，質(zhì)量12.5kg。此時SS-PTMD與結(jié)構(gòu)處于基本調(diào)諧。通過改變主結(jié)構(gòu)的質(zhì)量實現(xiàn)失諧-11.6%、+10%。圖5為自由振動下主結(jié)構(gòu)無控及SS-PTMD控制的仿真結(jié)果。在調(diào)諧狀態(tài)下，無控和SS-PTMD控制時的結(jié)構(gòu)阻尼比分別為0.1%和3.66%，5s之后出現(xiàn)了振蕩加劇的現(xiàn)象。這是由于SS-PTMD在調(diào)諧時主子結(jié)構(gòu)的能量交換出現(xiàn)了拍振而引起的(見圖5(a))。在SS-PTMD失諧-11.6%時的結(jié)構(gòu)阻尼比為1.71%(見圖5(b
【參考文獻】：
期刊論文
[1]單面碰撞TMD及其橋梁渦激振動控制研究[J]. 王修勇,胡仁康,鄔晨楓,王文熙,陳寧. 振動與沖擊. 2020(01)
[2]地震作用下高層結(jié)構(gòu)分布式多重調(diào)諧質(zhì)量阻尼器振動控制研究[J]. 汪權,袁加偉,王肖東,韓強強. 應用力學學報. 2018(06)
[3]風荷載下碰撞擺對輸電塔線體系的振動控制分析[J]. 陳顯達,朱峰,高翔,劉寧,范國琛,劉曉晶,邵帥,王長勇,韓峰,郭劉潞. 低溫建筑技術. 2018(06)
[4]集成型碰撞調(diào)諧質(zhì)量阻尼器（P-TMD）振動臺試驗研究[J]. 林偉,彭剛杰,祁皚,陳尚鴻. 廣西大學學報(自然科學版). 2017(06)
[5]地震作用下PTMD對高層鋼結(jié)構(gòu)的減振效果[J]. 薛啟超,張井財,何建,李英娜,宋曉巖. 哈爾濱工程大學學報. 2017(03)
[6]多自由度復雜結(jié)構(gòu)的TMD調(diào)諧減震控制研究[J]. 張紅艷,白長青,許慶余. 應用力學學報. 2008(04)
博士論文
[1]單面碰撞式調(diào)諧質(zhì)量阻尼器結(jié)構(gòu)振動控制理論與試驗研究[D]. 王文熙.湖南大學 2018
本文編號：3604375
【文章來源】：應用力學學報. 2020,37(05)北大核心CSCD
【文章頁數(shù)】：8 頁
【部分圖文】：
SS-PTMD力學模型Fig.1MechanicalmodelofSS-PTMD
)式中ζPTMD為SS-PTMD的等效阻尼比，且當彈性恢復系數(shù)e為常數(shù)時，SS-PTMD所提供的阻尼為線性阻尼。2.2碰撞力模型與驗證碰撞試驗如圖2所示。利用剛性桿懸掛質(zhì)量塊形成單擺，碰撞擋板表面粘貼黏彈性材料。力傳感器安裝在擋板與碰撞塊之間，記錄碰撞力數(shù)據(jù)。將激光位移計設置在與質(zhì)量塊平行的位置，以便采集質(zhì)量塊的位移數(shù)據(jù)。剛性桿上部使用軸承安裝在固定于立架上的滑塊上。立架與碰撞擋板用膨脹螺絲固定于地面，形成剛接。(a)碰撞模型設計圖(thedesignofpoundingmodel)(b)碰撞模型試驗圖(theexperimentofpoundingmodel)圖2碰撞模型圖Fig.2Thediagramofpoundingmodel考慮黏彈性材料殘余變形的碰撞力模型[20]為maxmaxmax,0,0(),,00,0,0nneneeeekFf≥≥≥(3)式中：和為碰撞過程中的相對位移與相對速度；n為非線性系數(shù)；k和ζ分別為碰撞剛度和阻尼系數(shù)；e和max分別為殘余表面變形和最大碰撞嵌入深度(即最大碰撞相對位移)；fe為最大彈性撞擊力，其表達式為maxnefk(4)定義黏彈性材料的殘余表面變形率cr為maxerc(5)根據(jù)碰撞試驗數(shù)據(jù)應用粒子群方法識別的模型參數(shù)見表1。表1碰撞模型參數(shù)Tab.1Theparametersofthepoundingmodel參數(shù)(parameter)ncreζk/N·m-1.5數(shù)值(value)1.50.7090.467.007×1062.2×106為了驗證碰撞力模型的準確性，試驗時將碰撞質(zhì)量距離平衡位置0.5m處釋放。圖3為模型與試驗結(jié)果的對比圖，由圖可知，采用碰撞力模型得到的碰撞力、位移、碰撞時間和實驗結(jié)果的誤差
第5期王修勇，等：單面碰撞TMD的減振性能分析與試驗1989程中的位移及碰撞力大校(a)位移時程(thetimehistoryofdisplacement)(b)碰撞力時程(thetimehistoryofpoundingforce)圖3試驗與碰撞力模型結(jié)果對比Fig.3Comparisonbetweentheexperimentandmodel3SS-PTMD結(jié)構(gòu)減振仿真分析3.1SS-PTMD結(jié)構(gòu)運動方程單自由度結(jié)構(gòu)安裝SS-PTMD的力學模型如圖4所示，系統(tǒng)的運動方程為ssssss1s10111s1()()()(()())sin()()()(()())()mxtcxtkxtkxtxtPwtFtmxtkxtxtFt(6)式中：xs和x1分別為結(jié)構(gòu)位移和SS-PTMD位移；ms、cs、ks分別為主結(jié)構(gòu)的質(zhì)量、阻尼、剛度；m1和k1為SS-PTMD的質(zhì)量和剛度；P0sin(wt)是簡諧激勵力，自由振動時P0=0；F為碰撞力；t為時間。圖4加裝SS-PTMD的單自由度結(jié)構(gòu)力學模型Fig.4Thesingle-degree-of-freedomstructuralmechanicsmodelwithSS-PTMD3.2自由振動下SS-PTMD減振仿真分析仿真參數(shù)為：主結(jié)構(gòu)頻率1.286Hz，質(zhì)量450kg，阻尼比0.1%；SS-PTMD自由振動頻率0.68Hz，質(zhì)量12.5kg。此時SS-PTMD與結(jié)構(gòu)處于基本調(diào)諧。通過改變主結(jié)構(gòu)的質(zhì)量實現(xiàn)失諧-11.6%、+10%。圖5為自由振動下主結(jié)構(gòu)無控及SS-PTMD控制的仿真結(jié)果。在調(diào)諧狀態(tài)下，無控和SS-PTMD控制時的結(jié)構(gòu)阻尼比分別為0.1%和3.66%，5s之后出現(xiàn)了振蕩加劇的現(xiàn)象。這是由于SS-PTMD在調(diào)諧時主子結(jié)構(gòu)的能量交換出現(xiàn)了拍振而引起的(見圖5(a))。在SS-PTMD失諧-11.6%時的結(jié)構(gòu)阻尼比為1.71%(見圖5(b
【參考文獻】：
期刊論文
[1]單面碰撞TMD及其橋梁渦激振動控制研究[J]. 王修勇,胡仁康,鄔晨楓,王文熙,陳寧. 振動與沖擊. 2020(01)
[2]地震作用下高層結(jié)構(gòu)分布式多重調(diào)諧質(zhì)量阻尼器振動控制研究[J]. 汪權,袁加偉,王肖東,韓強強. 應用力學學報. 2018(06)
[3]風荷載下碰撞擺對輸電塔線體系的振動控制分析[J]. 陳顯達,朱峰,高翔,劉寧,范國琛,劉曉晶,邵帥,王長勇,韓峰,郭劉潞. 低溫建筑技術. 2018(06)
[4]集成型碰撞調(diào)諧質(zhì)量阻尼器（P-TMD）振動臺試驗研究[J]. 林偉,彭剛杰,祁皚,陳尚鴻. 廣西大學學報(自然科學版). 2017(06)
[5]地震作用下PTMD對高層鋼結(jié)構(gòu)的減振效果[J]. 薛啟超,張井財,何建,李英娜,宋曉巖. 哈爾濱工程大學學報. 2017(03)
[6]多自由度復雜結(jié)構(gòu)的TMD調(diào)諧減震控制研究[J]. 張紅艷,白長青,許慶余. 應用力學學報. 2008(04)
博士論文
[1]單面碰撞式調(diào)諧質(zhì)量阻尼器結(jié)構(gòu)振動控制理論與試驗研究[D]. 王文熙.湖南大學 2018
本文編號：3604375
本文鏈接：http://www.sikaile.net/kejilunwen/jiaotonggongchenglunwen/3604375.html
