碰撞TMD力学模型与减振性能研究

发布时间：2017-10-28 22:26

  本文关键词：碰撞TMD力学模型与减振性能研究

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【摘要】：调谐质量阻尼器(TMD)是结构振动控制中应用最广泛的被动控制装置之一。碰撞式调谐质量阻尼器(pounding tuned mass damper,简称PTMD)是一种新型被动减振装置,在TMD基础上增加了一个限制TMD位移的挡板,并在挡板和质量块间设置了一层粘弹性材料,利用惯性力、碰撞力进行结构减振。碰撞TMD所需布置空间小,且鲁棒性好,是一种具有广泛应用前景的减振技术。为了确定碰撞TMD的优化设计参数,需要对碰撞TMD的碰撞力模型开展深入研究。在综述碰撞TMD研究现状的基础上,采用两种粘弹性材料,针对碰撞TMD的碰撞力模型开展了试验和理论研究,根据试验得到的碰撞力和缩进位移,利用粒子群算法识别了碰撞力模型参数,并对碰撞TMD在自由振动和受激振动下的减振性能进行了分析。主要研究工作包括:(1)介绍了TMD的研究概况和碰撞阻尼器的国内外研究现状,明确了论文研究的主要内容和意义。根据几种常见碰撞模型,讨论了近似阻尼常数表达式。总结了粘弹性材料在碰撞过程中的耗能机理及非线性特征,介绍了弹性后效概念,为深入研究碰撞TMD建立了理论基础。(2)制作了碰撞TMD的碰撞力试验装置,针对球面、柱面、平面三种碰撞类型,开展了两种粘弹性材料与钢块间的碰撞试验,获得了碰撞过程的碰撞力和缩进位移时程。研究了循环次数、初始释放距离、材料厚度、不同接触面等对碰撞力的影响,分析了两种材料碰撞前后的缩进位移与弹性恢复系数。(3)基于经典Hertz-damp碰撞理论,提出了粘弹性碰撞力学模型,建立了包括弹性恢复力和阻尼力的非线性碰撞力方程。基于能量守恒原理,确定了碰撞刚度、非线性指数和碰撞阻尼系数的关系。以碰撞力为优化目标,根据碰撞试验得到的碰撞力和缩进位移,采用智能粒子群算法对碰撞刚度和非线性指数等参数进行了辨识。对不同工况下的试验值和模型理论计算值进行了对比分析。(4)建立了单自由度结构-碰撞TMD系统的运动方程,对自由振动、简谐激励、随机激励三种条件下TMD、碰撞TMD的减振性能进行了仿真分析。同时,对不同粘弹性材料的减振性能、碰撞TMD的控制鲁棒性、碰撞TMD的优化参数也进行了研究,全面评估了碰撞TMD的减振性能。
【关键词】：碰撞TMD 碰撞力模型 非线性 粒子群算法 减振性能 鲁棒性
【学位授予单位】：湖南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU352.1
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-22
• 1.1 结构振动与被动控制12-13
• 1.2 TMD的研究概状13-15
• 1.3 碰撞阻尼器的国内外研究进展及现状15-19
• 1.3.1 国外碰撞阻尼器的研究进展及现状15-17
• 1.3.2 国内碰撞阻尼器的研究进展及现状17-19
• 1.4 论文的研究意义和主要研究内容19-22
• 1.4.1 论文的研究意义19
• 1.4.2 论文的主要研究内容19-22
• 第二章 碰撞TMD的基本理论22-30
• 2.1 碰撞TMD的概述22-23
• 2.2 碰撞模型的经典理论23-26
• 2.2.1 碰撞的初步探索23-24
• 2.2.2 Kelvin-voigt碰撞模型24
• 2.2.3 Hertz碰撞模型24-25
• 2.2.4 非线性粘弹性模型25-26
• 2.3 粘弹性材料的基本理论26-27
• 2.3.1 粘弹性材料的耗能机理26-27
• 2.3.2 粘弹性材料的非线性特征27
• 2.4 弹性后效27-28
• 2.5 本章小结28-30
• 第三章 基于碰撞TMD的碰撞试验研究30-48
• 3.1 概述30
• 3.2 碰撞模型试验设计30-37
• 3.2.1 试验材料30-32
• 3.2.2 试验仪器32-34
• 3.2.3 碰撞试验模型34-36
• 3.2.4 试验工况设计36-37
• 3.3 试验结果分析37-45
• 3.3.1 整个试验过程的力-时间关系和位移-时间关系37-38
• 3.3.2 循环次数对碰撞试验力学性能的影响38-42
• 3.3.3 初始释放距离对碰撞试验力学性能的影响42-43
• 3.3.4 材料厚度对碰撞试验力学性能的影响43-44
• 3.3.5 碰撞接触面对碰撞试验力学性能的影响44-45
• 3.4 本章小结45-48
• 第四章 基于碰撞TMD的碰撞力学模型研究48-60
• 4.1 概述48
• 4.2 碰撞力非线性模型的建立48-52
• 4.2.1 碰撞阻尼常数分析49-51
• 4.2.2 考虑能量守恒的碰撞力非线性模型51-52
• 4.3 碰撞力非线性模型的粒子群算法52-55
• 4.3.1 模型辨识方法53
• 4.3.2 粒子群算法辨识的步骤53-54
• 4.3.3 粒子群算法初步参数辨识54-55
• 4.4 碰撞力非线性模型的验证55-58
• 4.5 本章小结58-60
• 第五章 碰撞TMD系统的减振性能研究60-74
• 5.1 概述60
• 5.2 碰撞TMD系统的运动方程60-62
• 5.3 碰撞TMD在自由振动下的数值仿真62-66
• 5.3.1 最优参数控制62-63
• 5.3.2 碰撞材料和TMD阻尼对减振性能的影响63-66
• 5.4 碰撞TMD在简谐激励下的数值仿真66-70
• 5.4.1 最优参数控制66-67
• 5.4.2 碰撞TMD的鲁棒性和最优间隙67-70
• 5.5 碰撞TMD在地震作用下的数值仿真70-72
• 5.5.1 分析方法70
• 5.5.2 算例分析70-72
• 5.6 本章小结72-74
• 第六章 总结与展望74-76
• 6.1 全文总结74-75
• 6.2 展望75-76
• 参考文献76-80
• 致谢80-82
• 附录A82

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 王修勇;龚禹;孙洪鑫;禹见达;;磁流变阻尼器滞回参数模型研究[J];土木工程学报;2014年S1期

2 国巍;李宏男;柳国环;;共享调谐质量阻尼器(STMD)在附属结构减震中的应用[J];工程力学;2009年05期

3 滕军;鲁志雄;肖仪清;闫安志;李成涛;;高耸结构TMD接触非线性阻尼振动控制研究[J];振动与冲击;2009年03期

4 鲁志雄;闫安志;;脉动风激励下TMD碰撞控制研究[J];低温建筑技术;2008年06期

5 韩淼;李仙华;杜红凯;;基础隔震层钢螺旋弹簧软碰撞限位实验研究[J];世界地震工程;2007年04期

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本文编号：1110231