[發明專利]一種TMD運行狀態數字孿生檢測裝置及運行狀態判斷方法

有效

• 申請號: 202110179968.5
• 申請日: 2021-02-08
• 公開（公告）號: CN112985724B
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發明（設計）人: 張曉利
• 申請（專利權）人: 張曉利
• 主分類號: G01M7/02
• 分類號: G01M7/02
• 代理公司: 東莞市卓易專利代理事務所(普通合伙) 44777
• 代理人: 黃瀛

本發明公開了一種調諧質量阻尼器TMD運行狀態數字孿生檢測裝置，包括：質量塊、彈簧、阻尼和底座，還包括TMD傳感器、數據采集點、檢測控制器、數據總線和TMD運行狀態數字孿生數據樣本庫。對TMD及其衍生減振系統進行實時監測，隨時掌握TMD主要部件的運行狀態，以此作為TMD系統各項參數調節的依據，使TMD始終處于監測之中，并處于最佳抑振效果提供數據支撐。本發明還公開了一種TMD運行狀態判斷方法，根據TMD運行狀態數字孿生檢測裝置數據實時判斷TMD組件疲勞故障還是TMD設計問題，進而為TMD全生命周期系統顯示監測、預警和故障分析提供方法支撐。

技術領域

本發明涉及減震裝置技術領域，具體涉及一種TMD運行狀態數字孿生檢測裝置及運行狀態判斷方法。背景技術

橋梁等土木結構在強風和地震等動力荷載作用下容易產生振動，大幅的結構振動危及自身結構安全，并降低其使用舒適性。近些年，世界橋梁工程將進入跨海連島的超大跨徑橋梁建設新時期,斜拉橋和懸索橋的跨徑記錄也一次次地被刷新,特別是懸索橋的跨徑將會超過200Om,甚至達到5000m。隨著橋梁跨徑的不斷增大,橋梁結構更趨于輕柔,對風等荷載的作用更加敏感,橋的柔性結構在施加荷載前后,結構和主要部件的形狀及軸線都發生了很大變化,由位移變化引起的內力增量增大。如何保證橋梁在風作用下的動力穩定性以及如何有效抑制橋梁較大的風致振動成為橋梁工作者面臨的最大考驗,傳統依靠增加橋梁剛度和材料強度的方法在大跨徑橋梁抗風設計中從經濟性和美觀性的角度看是不合理的。

調諧質量阻尼器系統(Tuned Mass Damper System簡稱TMD系統)是目前常用的被動抑振方法，它由質量塊、彈簧(剛度)、阻尼(阻尼單元) 組成。TMD系統主要是通過共振原理來實現振動控制效果，只有當TMD系統的振動頻率與結構受控自振頻率相近時，振動效果才好。在外部激勵作用下，橋梁結構產生振動并帶動結構上的調諧質量阻尼器一起振動，當調諧質量阻尼器系統自身的振動頻率與橋梁結構的固有頻率相近時，TMD系統會提供一個與橋梁結構振動方向相反的慣性力作用在橋梁結構上，使橋梁結構的振動響應逐漸衰減，實現振動能量從橋梁結構向TMD系統的轉移，從而對橋梁結構的振動產生控制作用。

目前研究文獻和專利多集中在針對TMD的結構性改進，通過調整質量塊、彈簧、阻尼這三個單元的參數與受控結構的質量和自振頻率的關系來得到最優的減振效率，或者增加電渦流調諧裝置增強TMD的減振效果。

例如：中國專利文獻CN 202011133603.0“一種便于調節阻尼與振動頻率的調諧質量”通過在TMD中設有若干橫向的調節彈簧部件，將上部安裝板的升降運動轉變為橫向運動，帶動粘滯阻尼器和調節彈簧部件伸縮實現減震。中國專利文獻CN 202010005127.8“一種利用杠桿機構的電渦流阻尼裝置”,利用永磁體的雙側磁場，以少量永磁體通過放大機構得到所需的阻尼力，降低永磁體安裝的難度和風險。中國專利文獻CN 201920824998.5 “電渦流調諧質量阻尼器”通過改變永磁體與導體板的正對面積，從而實現連續改變阻尼的效果。當結構發生豎向振動帶動質量塊豎向振動時，永磁體兩側的導體板做切割磁感應線運動，導體板中產生感應電流(渦流)，繼而產生一個阻礙它與永磁體相對運動的慣性力即電磁阻尼，并通過發熱消耗振動能量。中國專利文獻CN 202011188542.8“一種水平調諧的框架式電渦流阻尼器”披露的電渦流阻尼系統應用磁場調制原理和負剛度非線性能量阱的概念，通過調磁板加快高速端永磁體的運動速度，提高阻尼器的耗能效率；通過同名永磁體之間排斥力的切向分量可以促進配重塊的運動，從而拓寬了減振頻帶，魯棒性更好，彌補了傳統調諧質量阻尼器失調時減振效果差的問題。