[發明專利]一種基于網絡綜合法設計抑制橋梁渦振動力吸振器的方法

有效

• 申請號: 202011291108.2
• 申請日: 2020-11-17
• 公開（公告）號: CN112575672B
• 公開（公告）日: 2022-09-13
• 發明（設計）人: 陳志強;陳俊杰
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: E01D19/00
• 分類號: E01D19/00;G06F30/13;G06F119/14
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 封睿

本發明提出了一種基于網絡綜合法設計抑制橋梁渦振的動力吸振器的方法，建立橋梁的運動學方程和動力吸振器的復頻域方程；根據橋梁共振模態的位移確定橋梁豎直方向的位移；對橋梁的運動學方程進行無量綱形式處理，通過位移的均方根對氣動阻尼進行線性化處理，并將線性化后的方程拉氏變化；將橋梁的復頻域方程和動力吸振器的復頻域方程轉化成矩陣形式，求取橋梁豎直方向位移的功率譜密度函數；根據橋梁豎直方向位移的功率譜密度函數，求出抑制渦振的性能指標；優化動力吸振器中機械導納的參數和用于靜態支撐的彈簧彈力系數，使性能指標達到最小值；獲得機械導納對應的機械網絡及各阻尼器、彈簧和慣容器件的相應參數。本發明動力吸振器的機械結構不受限制，且性能優越。

技術領域

本發明涉及動力吸振器設計技術，具體涉及一種基于網絡綜合法設計抑制橋梁渦振的動力吸振器的方法。

背景技術

2020年虎門大橋橋面發生上下起伏振動，經專家研究發現虎門大橋發生振動是受到渦振的影響。渦振常發生于風速較低的情況，由卡門渦街與主梁的某一模態共振引起的。長期的渦振會導致橋梁結構疲勞，影響行車的安全性和行人的舒適度，因此抑制渦振變得至關重要。

2002年Smith教授提出的一種新型的機械器件“慣容”，慣容是個兩端點元件，作用于兩端點的力始終正比于兩個端點的相對加速度，其比值稱為慣容。目前慣容已成為網絡綜合的關鍵元件之一，即任意正實機械導納函數均可由有限個的彈簧、阻尼器和慣容實現。2001年等人在“On the use of tuned mass dampers to suppress vortexshedding induced vibrations”文章中提出了以彈簧和阻尼為基礎的動力吸振器(TDVA)抑制橋梁的渦振現象，然而該方法抑制渦振性能較差，且動力吸振器結構固定，無能得出動力吸振器的最優結構。

發明內容

本發明的目的在于提出了一種基于網絡綜合法設計抑制橋梁渦振的動力吸振器的方法。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種基于網絡綜合法設計抑制橋梁渦振的動力吸振器的方法，將橋梁簡化成歐拉-伯努利簡支梁，利用機械導納函數和用于靜態支撐的彈簧構成動力吸振器，具體設計步驟如下：

步驟1，建立橋梁的運動學方程和動力吸振器的復頻域方程；

步驟2，根據橋梁共振模態的位移確定橋梁豎直方向的位移；

步驟3、對橋梁的運動學方程進行無量綱形式處理，通過位移的均方根對氣動阻尼進行線性化處理，并將線性化后的方程拉氏變化；

步驟4、將步驟3中的橋梁的復頻域方程和步驟1中的動力吸振器的復頻域方程轉化成矩陣形式，求取橋梁豎直方向位移的功率譜密度函數；

步驟5、根據步驟4的橋梁豎直方向位移的功率譜密度函數，求出抑制渦振的性能指標；

步驟6、優化動力吸振器中機械導納的參數和用于靜態支撐的彈簧彈力系數，使步驟5中的性能指標達到最小值；

步驟7、通過Bott–Duffin方法，獲得機械導納對應的機械網絡及各阻尼器、彈簧和慣容器件的相應參數。

進一步的，步驟1中，建立的橋梁的運動學方程和動力吸振器的復頻域方程，具體為：

橋梁的運動學方程如下：

動力吸振器的復頻域方程如下：

m_IDVAs²y_t＝[K_s+sY(s)](y_t-y₁|_x＝a)