基于磁流变弹性体变频TMD的研发、控制与应用

发布时间：2020-06-19 14:28

【摘要】：调谐质量阻尼器(TMD)对于减小人行天桥、大跨度楼盖等结构的竖向振动效果显著,它减振的必要条件就是其振动频率需要与主结构自振频率保持一致。然而,建筑结构在长期使用过程中会产生刚度退化,活荷载以及人行荷载也会经常变化,这都会导致结构的自振频率发生改变,使得传统TMD无法与主结构自振频率保持一致而使减振效果急剧下降。针对以上问题,本文基于新型智能材料磁流变弹性体研发了一种变频TMD减振装置,可以跟随主结构需求而改变TMD的频率。研究成果可形成一套变频TMD减振的研究理论和集成技术,对推进智能材料结构体系在土木工程中的应用具有重要意义。本文首先对磁流变材料特别对磁流变弹性体和TMD的发展与应用进行了概述,介绍了磁流变弹性体及TMD的相关基础理论,指出目前TMD在工程应用方面存在的缺陷。通过研究TMD的结构及磁流变弹性体厚度对变频TMD性能的影响,确定了变频TMD磁路结构,在此基础上设计并研发了基于磁流变弹性体的变频TMD。研究MRE剪切模量与施加电流之间的关系,通过磁路分析结果发现,MRE的剪切模量会随着外加电流的增强而增大,在0到1A区间内剪切模量的增量较大,到1.8A左右接近饱和值。由此确定了包括可调刚度范围的变频TMD参数。提出了变频TMD对主结构进行实时频率跟踪的策略,在傅里叶变换(FFT)的基础上采用希尔伯特-黄变换(HHT)和随机减量技术(RDT)相结合的方式对主结构频率进行精确识别,结果与有限元模态分析相差仅0.29%,说明该频率识别方法精确有效。利用研发的变频TMD建立了变频TMD-固支梁系统,完成了变频TMD对固支梁竖向振动控制的仿真计算。分别测试了传统TMD与变频TMD的减振效果,并且分析了不同质量比对变频TMD和传统TMD减振控制的影响。结果发现,当主结构频率与TMD自振频率相差越大,达到同样减振效果的前提下,所需变频TMD的质量比就越小,体现了变频TMD在质量比方面的优势。最后以大跨楼盖结构为例,利用变频TMD对其进行人行荷载作用下的竖向振动控制分析,结果验证了变频TMD在实际工程应用的可行性。
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU352.1
【图文】：

事后查明的原因为，大楼第12层中的健身房内有人练习“跆搏”健身操，其跳动的频率恰好与大楼局部楼板频率接近，从而产生了“共振”。图1-1 英国千禧桥 图1-2 韩国Techomart购物大楼国内外建造的许多公共建筑如高铁站房、文化场馆等都属于大跨建筑结构，这些场所人流量密集，结构受到的人行荷载与其他活荷载的形式复杂，由这些荷载引起的大幅振动将会影响建筑物内的正常工作与生活，情况严重则会导致结构破坏，造成大量的经济损失甚至人员伤亡。因此，针对大跨结构实施振动控制十分必要。调谐质量阻尼器（Tuned Mass Damper，TMD）是一种常见的结构振动控制装置，当 TMD的频率在大跨楼盖结构自振频率附近或者相一致时，其能达到良好的减振效果。TMD 具有简单实用

事后查明的原因为，大楼第12层中的健身房内有人练习“跆搏”健身操，其跳动的频率恰好与大楼局部楼板频率接近，从而产生了“共振”。图1-1 英国千禧桥 图1-2 韩国Techomart购物大楼国内外建造的许多公共建筑如高铁站房、文化场馆等都属于大跨建筑结构，这些场所人流量密集，结构受到的人行荷载与其他活荷载的形式复杂，由这些荷载引起的大幅振动将会影响建筑物内的正常工作与生活，情况严重则会导致结构破坏，造成大量的经济损失甚至人员伤亡。因此，针对大跨结构实施振动控制十分必要。调谐质量阻尼器（Tuned Mass Damper，TMD）是一种常见的结构振动控制装置，当 TMD的频率在大跨楼盖结构自振频率附近或者相一致时，其能达到良好的减振效果。TMD 具有简单实用

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本文编号：2720916