调谐质量阻尼器非线性行为影响分析

发布时间：2020-11-09 01:55

　　 调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper,TMD)能够有效控制结构在风荷载和地震作用下的位移,起到保护结构的作用。目前,对于TMD的相关研究大都是对新形式阻尼器的探索,而TMD设计方面的相关研究却相对较少。传统的TMD设计方法没有考虑TMD在实际应用中可能会产生的非线性行为(传统设计方法),研究证明TMD的非线性行为可能会对振动控制产生不利影响。因此,研究非线性TMD的设计方法具有重要意义。李芦钰和崔鹏在传统设计方法的基础上提出了一种改进设计方法,将TMD的非线性考虑在设计的过程中,有效提高了硬化刚度非线性条件下的振动控制情况,然而改进设计方法仍存在不足之处,有待进行进一步相关研究。结合以上研究现状,本文研究内容如下:(1)构建单自由度结构模型作为本文的主要研究对象,并以具有duffing形式刚度的非线性TMD对结构的振动进行控制。提出临界非线性系数,以此来衡量在控制多自由度结构振动时,TMD的硬化刚度非线性强到什么程度时应该将这种非线性行为考虑到TMD的设计之中,并以工程实例进行数值仿真验证。(2)通过数值仿真的方式,分析改进设计方法存在误差的原因,发现改进设计方法“结构共振时的位移最小对应TMD具有最好的控制效果”这一假设在软化刚度非线性条件下并不合理,改进设计方法存在局限性,仅适用于设计质量比较小且具有硬化刚度非线性的TMD的设计,并能够有效改善非线性对TMD控制效果产生的不利影响。(3)利用谐波平衡法解运动方程,以谐波平衡法的解与数值模拟仿真相结合进行非线性TMD的设计(HBM设计方法)。之后使用传统设计方法、改进设计方法以及HBM设计方法设计硬化、软化刚度非线性TMD,并对比其控制效果,得出结论HBM设计方法所设计出的TMD无论在硬化条件下还是软化条件下,均具有理想中的最佳控制效果。(4)实验证明了当TMD中产生硬化刚度非线性之后,用传统线性设计方法设计TMD不能再得到最佳的控制效果,甚至会导致在某一频段下TMD的控制效果恶化,TMD的实际的最优频率要小于按照线性方法设计出的最优频率;TMD相对位移最大时,结构近似具有最小位移。
【学位单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TU352.1
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
        1.1.1 研究背景
        1.1.2 研究意义
    1.2 调谐质量阻尼器的发展
    1.3 调谐质量阻尼器的工程应用
        1.3.1 弹簧式调谐质量阻尼器
        1.3.2 摆式调谐质量阻尼器
        1.3.3 其它形式调谐质量阻尼器
    1.4 非线性调谐质量阻尼器研究概况
        1.4.1 非线性调谐质量阻尼器控制性能研究
        1.4.2 非线性调谐质量阻尼器参数优化
        1.4.3 非线性调谐质量阻尼器实验装置
    1.5 本文研究的主要内容
2 调谐质量阻尼器设计
    2.1 研究模型与运动方程
    2.2 质量调谐阻尼器的设计方法
        2.2.1 传统设计方法
        2.2.2 改进设计方法
    2.3 工程实例分析
        2.3.1 某电视塔工程数值模拟仿真
        2.3.2 76层benchmark结构模型数值仿真模拟
    2.4 本章小结
3 考虑硬化刚度非线性的TMD分析
    3.1 改进设计方法的误差分析
    3.2 基于谐波平衡法的求解分析
    3.3 基于谐波平衡法的设计分析
        3.3.1 计算结果精度对比
        3.3.2 控制效果对比
    3.4 本章小结
4 考虑软化刚度非线性的TMD分析
    4.1 基于谐波平衡法的求解分析
    4.2 基于谐波平衡法的设计分析
        4.2.1 计算结果精度对比
        4.2.2 控制效果对比
    4.3 本章小结
5 考虑硬化刚度非线性的TMD实验研究
    5.1 实验设备与装置
    5.2 实验参数
    5.3 实验结果及分析
    5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢

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本文编号：2875701