[發明專利]一種調諧慣性質量阻尼器的最優參數設計方法

有效

• 申請號: 202110367238.8
• 申請日: 2021-04-06
• 公開（公告）號: CN113312713B
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發明（設計）人: 李錦華;柴世宗;全展
• 申請（專利權）人: 華東交通大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/20;G06F17/11;G06F119/14
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本發明提供了一種調諧慣性質量阻尼器的最優參數設計方法，該方法以安裝有調諧慣性質量阻尼器(Tunedmass?damperinerter)的單自由度結構為研究對象，以單自由度結構位移響應最小為目標獲得一種調諧慣性質量阻尼器(TMDI)最優參數的設計方法。該方法首先需要利用D’Alembert原理列出單自由度結構?TMDI系統的運動方程，并采用復數運算規則得到單自由度結構強迫振動的實振幅，以及減振后單自由度結構的動力放大系數，然后基于不動點理論得到使單自由度結構位移響應最小的TMDI最優頻率比與最優阻尼比的參數設計公式。本發明由不動點理論得到的使單自由度結構位移響應最小的TMDI減振器的最優參數設計方法能夠有效發揮TMDI的減振潛力。利用簡諧荷載激勵下的單自由度結構?TMDI系統的最優參數設計方法獲得的TMDI最優參數，對于控制隨機地震激勵下的單自由度結構的振動響應同樣可靠。

技術領域

本發明屬于振動控制領域，尤其涉及一種調諧慣性質量阻尼器的最優參數設計方法

背景技術

在受外荷載激勵的的結構上附加一個自由振動的的質量塊，來抑制主結構的振動響應。這是結構動力學領域的一個被動控制策略。引入線性彈簧質量和粘性阻尼器之后，便增加了該減振器受諧荷載激勵時的有效性。上述減振器稱之為調諧質量阻尼器(TMD)。這一類通過附加動力振子系統的方式來耗散主結構能量的方法，因為具有安全可靠、造價低、維護方便等特點，受到了工程師們的青睞。調諧質量阻尼器也有其缺點，例如:要使其發揮更好的振動控制效果就必須增大附加質量塊的質量。然而，附加質量塊的質量過大會對主結構產生不利影響。

近年來，一種被稱為慣性器的新裝置被開發出來并用于控制工程結構的振動。該裝置可以將線性運動轉換為高速的轉動來達到放大系統物理質量的目的，因此它可以產生高于它的物理質量兩個數量級的慣性力。有學者提出將慣性器與常規調諧質量阻尼器(TMD)結合起來形成調諧慣性質量阻尼器(TMDI)，來達到減少結構系統振動的目的。研究結果表明具有相同質量的TMDI系統比?TMD系統在減少主結構振動上更加有效。TMDI用來控制風荷載激勵下的高層建筑，控制效果明顯。TMDI用來消減大跨度橋梁在渦激振動下產生的振動響應時控制效果出色。部分學者研究了在基礎隔震結構隔震層下方設置TMDI，來提高抗震能力減小結構位移。TMDI還被應用于控制電纜的振動、近海半潛式平臺受波浪作用引起的振動等。目前學者們基于不同的優化準則，采用了數值搜索算法對特定結構中的TMDI系統進行優化。然而分析受簡諧荷載激勵的單自由度?-TMDI系統的參數優化方法是很有必要的，因為簡諧荷載是最具代表性的周期性荷載。而且任意周期性荷載可以采用傅里葉級數展開為多個簡諧荷載之和，對于線性系統，疊加各簡諧荷載的反應，便可得出此周期性荷載引起的結構反應。本發明能夠有效確定安裝有TMDI減振器的單自由度結構受簡諧荷載激勵時，?TMDI減震器的最優頻率值和最優阻尼比值。還可以有效地確定單自由度結構?-TMDI系統受隨機地震激勵時，本發明提出的TMDI減震器的最優參數設計方法同樣可靠。

發明內容

本發明的目的在于提供一種調諧慣性質量阻尼器的最優參數設計方法，旨在解決如何有效確定單自由度結構-TMDI系統受簡諧荷載激勵時TMDI減振器的最優頻率值與最優阻尼比值。

本發明是這樣實現的，一種調諧慣性質量阻尼器的最優參數設計方法，包括以下步驟：

步驟(S1)，列出簡諧荷載作用下的單自由度結構-TMDI系統的運動方程，并采用復數運算規則得到單自由度結構強迫振動的實振幅。

步驟(S2)，將兩個公共交點的動力放大系數相等作為單自由度結構-TMDI?減振系統參數優化的第一個條件，獲得TMDI的最優頻率比設計公式。

步驟(S3)，將一個峰值點與公共交點重合作為單自由度-TMDI減振系統參數優化的第二個條件，獲得TMDI最優阻尼比的設計公式。

步驟(S4)，進一步確定單自由度結構受平穩隨機地震激勵時，TMDI減振器的優化方法同樣可靠。