单面碰撞TMD的减振性能分析与试验
发布时间：2022-01-23 12:44
根据质量块单面碰撞的特点,得到了SS-PTMD的动力特性;开展黏弹性材料自由碰撞试验,根据试验数据识别了碰撞力模型参数,验证了碰撞力模型的可靠性;设计了可改变频率的单自由度结构的试验模型,开展了减振试验。仿真分析表明:调谐时在自由振动阻尼比由0.1%增加到3.66%时,在简谐激励下的减振率达到95.1%;在频率失谐时（-11.6%）自由振动阻尼比可达到1.71%,在简谐激励下减振率达到94.6%。采用试验分析评估了结构在自由振动、简谐振动的控制效果,分析表明:调谐时在自由振动阻尼比由0.1%增加到3.52%,在简谐激励下的减振率达到95.6%;在频率失谐时（-11.6%）自由振动阻尼比可达到1.43%,在简谐激励下减振率达到95.3%。理论仿真分析和试验结果表明:SS-PTMD能够有效控制自由振动和简谐激励下结构的振动。
【文章来源】：应用力学学报. 2020,37(05)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
SS-PTMD力学模型Fig.1MechanicalmodelofSS-PTMD
)式中ζPTMD为SS-PTMD的等效阻尼比，且当弹性恢复系数e为常数时，SS-PTMD所提供的阻尼为线性阻尼。2.2碰撞力模型与验证碰撞试验如图2所示。利用刚性杆悬挂质量块形成单摆，碰撞挡板表面粘贴黏弹性材料。力传感器安装在挡板与碰撞块之间，记录碰撞力数据。将激光位移计设置在与质量块平行的位置，以便采集质量块的位移数据。刚性杆上部使用轴承安装在固定于立架上的滑块上。立架与碰撞挡板用膨胀螺丝固定于地面，形成刚接。(a)碰撞模型设计图(thedesignofpoundingmodel)(b)碰撞模型试验图(theexperimentofpoundingmodel)图2碰撞模型图Fig.2Thediagramofpoundingmodel考虑黏弹性材料残余变形的碰撞力模型[20]为maxmaxmax,0,0(),,00,0,0nneneeeekFf≥≥≥(3)式中：和为碰撞过程中的相对位移与相对速度；n为非线性系数；k和ζ分别为碰撞刚度和阻尼系数；e和max分别为残余表面变形和最大碰撞嵌入深度(即最大碰撞相对位移)；fe为最大弹性撞击力，其表达式为maxnefk(4)定义黏弹性材料的残余表面变形率cr为maxerc(5)根据碰撞试验数据应用粒子群方法识别的模型参数见表1。表1碰撞模型参数Tab.1Theparametersofthepoundingmodel参数(parameter)ncreζk/N·m-1.5数值(value)1.50.7090.467.007×1062.2×106为了验证碰撞力模型的准确性，试验时将碰撞质量距离平衡位置0.5m处释放。图3为模型与试验结果的对比图，由图可知，采用碰撞力模型得到的碰撞力、位移、碰撞时间和实验结果的误差
第5期王修勇，等：单面碰撞TMD的减振性能分析与试验1989程中的位移及碰撞力大校(a)位移时程(thetimehistoryofdisplacement)(b)碰撞力时程(thetimehistoryofpoundingforce)图3试验与碰撞力模型结果对比Fig.3Comparisonbetweentheexperimentandmodel3SS-PTMD结构减振仿真分析3.1SS-PTMD结构运动方程单自由度结构安装SS-PTMD的力学模型如图4所示，系统的运动方程为ssssss1s10111s1()()()(()())sin()()()(()())()mxtcxtkxtkxtxtPwtFtmxtkxtxtFt(6)式中：xs和x1分别为结构位移和SS-PTMD位移；ms、cs、ks分别为主结构的质量、阻尼、刚度；m1和k1为SS-PTMD的质量和刚度；P0sin(wt)是简谐激励力，自由振动时P0=0；F为碰撞力；t为时间。图4加装SS-PTMD的单自由度结构力学模型Fig.4Thesingle-degree-of-freedomstructuralmechanicsmodelwithSS-PTMD3.2自由振动下SS-PTMD减振仿真分析仿真参数为：主结构频率1.286Hz，质量450kg，阻尼比0.1%；SS-PTMD自由振动频率0.68Hz，质量12.5kg。此时SS-PTMD与结构处于基本调谐。通过改变主结构的质量实现失谐-11.6%、+10%。图5为自由振动下主结构无控及SS-PTMD控制的仿真结果。在调谐状态下，无控和SS-PTMD控制时的结构阻尼比分别为0.1%和3.66%，5s之后出现了振荡加剧的现象。这是由于SS-PTMD在调谐时主子结构的能量交换出现了拍振而引起的(见图5(a))。在SS-PTMD失谐-11.6%时的结构阻尼比为1.71%(见图5(b
【参考文献】：
期刊论文
[1]单面碰撞TMD及其桥梁涡激振动控制研究[J]. 王修勇,胡仁康,邬晨枫,王文熙,陈宁. 振动与冲击. 2020(01)
[2]地震作用下高层结构分布式多重调谐质量阻尼器振动控制研究[J]. 汪权,袁加伟,王肖东,韩强强. 应用力学学报. 2018(06)
[3]风荷载下碰撞摆对输电塔线体系的振动控制分析[J]. 陈显达,朱峰,高翔,刘宁,范国琛,刘晓晶,邵帅,王长勇,韩峰,郭刘潞. 低温建筑技术. 2018(06)
[4]集成型碰撞调谐质量阻尼器（P-TMD）振动台试验研究[J]. 林伟,彭刚杰,祁皑,陈尚鸿. 广西大学学报(自然科学版). 2017(06)
[5]地震作用下PTMD对高层钢结构的减振效果[J]. 薛启超,张井财,何建,李英娜,宋晓岩. 哈尔滨工程大学学报. 2017(03)
[6]多自由度复杂结构的TMD调谐减震控制研究[J]. 张红艳,白长青,许庆余. 应用力学学报. 2008(04)
博士论文
[1]单面碰撞式调谐质量阻尼器结构振动控制理论与试验研究[D]. 王文熙.湖南大学 2018
本文编号：3604375
【文章来源】：应用力学学报. 2020,37(05)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
SS-PTMD力学模型Fig.1MechanicalmodelofSS-PTMD
)式中ζPTMD为SS-PTMD的等效阻尼比，且当弹性恢复系数e为常数时，SS-PTMD所提供的阻尼为线性阻尼。2.2碰撞力模型与验证碰撞试验如图2所示。利用刚性杆悬挂质量块形成单摆，碰撞挡板表面粘贴黏弹性材料。力传感器安装在挡板与碰撞块之间，记录碰撞力数据。将激光位移计设置在与质量块平行的位置，以便采集质量块的位移数据。刚性杆上部使用轴承安装在固定于立架上的滑块上。立架与碰撞挡板用膨胀螺丝固定于地面，形成刚接。(a)碰撞模型设计图(thedesignofpoundingmodel)(b)碰撞模型试验图(theexperimentofpoundingmodel)图2碰撞模型图Fig.2Thediagramofpoundingmodel考虑黏弹性材料残余变形的碰撞力模型[20]为maxmaxmax,0,0(),,00,0,0nneneeeekFf≥≥≥(3)式中：和为碰撞过程中的相对位移与相对速度；n为非线性系数；k和ζ分别为碰撞刚度和阻尼系数；e和max分别为残余表面变形和最大碰撞嵌入深度(即最大碰撞相对位移)；fe为最大弹性撞击力，其表达式为maxnefk(4)定义黏弹性材料的残余表面变形率cr为maxerc(5)根据碰撞试验数据应用粒子群方法识别的模型参数见表1。表1碰撞模型参数Tab.1Theparametersofthepoundingmodel参数(parameter)ncreζk/N·m-1.5数值(value)1.50.7090.467.007×1062.2×106为了验证碰撞力模型的准确性，试验时将碰撞质量距离平衡位置0.5m处释放。图3为模型与试验结果的对比图，由图可知，采用碰撞力模型得到的碰撞力、位移、碰撞时间和实验结果的误差
第5期王修勇，等：单面碰撞TMD的减振性能分析与试验1989程中的位移及碰撞力大校(a)位移时程(thetimehistoryofdisplacement)(b)碰撞力时程(thetimehistoryofpoundingforce)图3试验与碰撞力模型结果对比Fig.3Comparisonbetweentheexperimentandmodel3SS-PTMD结构减振仿真分析3.1SS-PTMD结构运动方程单自由度结构安装SS-PTMD的力学模型如图4所示，系统的运动方程为ssssss1s10111s1()()()(()())sin()()()(()())()mxtcxtkxtkxtxtPwtFtmxtkxtxtFt(6)式中：xs和x1分别为结构位移和SS-PTMD位移；ms、cs、ks分别为主结构的质量、阻尼、刚度；m1和k1为SS-PTMD的质量和刚度；P0sin(wt)是简谐激励力，自由振动时P0=0；F为碰撞力；t为时间。图4加装SS-PTMD的单自由度结构力学模型Fig.4Thesingle-degree-of-freedomstructuralmechanicsmodelwithSS-PTMD3.2自由振动下SS-PTMD减振仿真分析仿真参数为：主结构频率1.286Hz，质量450kg，阻尼比0.1%；SS-PTMD自由振动频率0.68Hz，质量12.5kg。此时SS-PTMD与结构处于基本调谐。通过改变主结构的质量实现失谐-11.6%、+10%。图5为自由振动下主结构无控及SS-PTMD控制的仿真结果。在调谐状态下，无控和SS-PTMD控制时的结构阻尼比分别为0.1%和3.66%，5s之后出现了振荡加剧的现象。这是由于SS-PTMD在调谐时主子结构的能量交换出现了拍振而引起的(见图5(a))。在SS-PTMD失谐-11.6%时的结构阻尼比为1.71%(见图5(b
【参考文献】：
期刊论文
[1]单面碰撞TMD及其桥梁涡激振动控制研究[J]. 王修勇,胡仁康,邬晨枫,王文熙,陈宁. 振动与冲击. 2020(01)
[2]地震作用下高层结构分布式多重调谐质量阻尼器振动控制研究[J]. 汪权,袁加伟,王肖东,韩强强. 应用力学学报. 2018(06)
[3]风荷载下碰撞摆对输电塔线体系的振动控制分析[J]. 陈显达,朱峰,高翔,刘宁,范国琛,刘晓晶,邵帅,王长勇,韩峰,郭刘潞. 低温建筑技术. 2018(06)
[4]集成型碰撞调谐质量阻尼器（P-TMD）振动台试验研究[J]. 林伟,彭刚杰,祁皑,陈尚鸿. 广西大学学报(自然科学版). 2017(06)
[5]地震作用下PTMD对高层钢结构的减振效果[J]. 薛启超,张井财,何建,李英娜,宋晓岩. 哈尔滨工程大学学报. 2017(03)
[6]多自由度复杂结构的TMD调谐减震控制研究[J]. 张红艳,白长青,许庆余. 应用力学学报. 2008(04)
博士论文
[1]单面碰撞式调谐质量阻尼器结构振动控制理论与试验研究[D]. 王文熙.湖南大学 2018
本文编号：3604375
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