调谐质量阻尼器的减振研究

发布时间：2020-08-23 11:02

【摘要】：振动问题存在于各类动力学系统中,是系统的固有特性,因而针对振动问题的研究具有普遍意义。各类减振装备从其工作模式(从系统动力学角度)上划分,大致的分为两类:(1)谐振减振方式(Tuned Mass Damper,TMD);(2)隔振方式(Base-Isolation)。TMD系统是由弹簧、质量块、阻尼器组成。作为一种被动的减振装置,因其结构简单、安装方便、结构模型多样、减振效果明显,在机械、航天、建筑、土木等众多领域得到广泛应用。本文首先比较与分析针对单自由度主结构在不同激励情况下的单TMD减振。通过序列二次规划优化算法得到了在不同激励(简谐信号,随机信号)下TMD优化参数,并与经典的TMD优化理论进行比较。并使用ANSYS软件对经典模型进行仿真验证,分析主结构以及TMD的动态响应。在此基础上,研究了两类TMD的改进设计方案:累加式TMD以及分布式TMD。通过序列二次规划优化算法得到TMD的优化设计参数,并对其动态响应特性进行比对。结果证明:相较于单TMD设计,累加式TMD以及分布式TMD都可大幅提高减振效果,增加减振带宽,并具有更好的抗干扰能力(设计参数的偏差)。同时,针对主结构具有旋转自由度的系统研究了单/多TMD的减振效果,结果显示单TMD针对其设计模态,能够提供良好的减振效果。本文将所建立的分布式TMD结构,扩展至连续体结构。通过哈密尔顿原理建立铁摩辛柯梁与分布式TMD组合结构的偏微分方程,并用有限元方式离散所获得的偏微分方程,得到离散化的动力学模型,通过铁摩辛柯梁本体特征向量分离振动模态,然后使用序列二次规划优化算法得到分布式TMD结构的优化参数。结果显示,所设计的分布式TMD结构能够有效的减小设计所针对的主结构模态的振动,相较于相应的单TMD设计,其同样可大幅提高减振效果,增加减振带宽,并具有更好的抗干扰能力(设计参数的偏差)。本文所推导建立的模型与算法分别针对典型的离散系统与连续性系统,相关的设计方案可拓展至不同类型主结构,对针对不同类型主结构的TMD减振设计具有一定的指导与参考意义。
【学位授予单位】：华侨大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TH703.62
【图文】：

TMD系统,牛顿第二定律,弹簧刚度

图 2.1 不同激励下的 TMD 系统示外界激励施加在主结构上，作用在质心位置。系统的质量、弹簧刚度、阻尼系数、位移响应；系统的质量、弹簧刚度、阻尼系数、位移响应；F量阻尼器系统在不同激励下的建模研究力学模型的建立，针对不同的系统结构，所以建模牛顿第二定律，达朗贝尔原理，还有一些使用能量拉格朗日方程以及哈密顿原理。本章研究的对象是是牛顿第二定律方法，对于连续体建模本文主要采。.1 进行研究分析，由于其是离散的单一系统，所以，其动力学方程具体表达式如下：

模型图,模型,原有系统,结构参数

附加的外部系统虽然对原有系统有一定的的结构参数对原有系统减振效果差异很多，因此部系统结构参数，实现对原有系统最佳的减振效部系统进行优化处理，找到最佳的 TMD 结构参数理论优化分析研究 TMD 系统进行优化研究的是 J.P.Den Hartog[30]，谐质量阻尼器的优化模型，如图 2.2 所示，其中 T质心位置。

抑制效果,设备,等式,阻尼比

对于 A、B 两点纵坐标相等，首先可以任意找两个不同的阻尼比值，方便分别取 ξ=0，ξ=∞，分别带入等式（2.15），这样可以得到如图 2两个横坐标值，将求出来的固定点(A)、(B)再带入等式（2.15）令纵，即可求出优化后的固有频率比。但是对于不同的阻尼比都可以找到化结果，系统响应稳定性与系统阻尼比有关，所以令 A、B 两点处斜率为统在减振过程中响应平稳而且减振效果最好。

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