顆粒調(diào)諧質(zhì)量阻尼系統(tǒng)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的減振性能研究

顆粒調(diào)諧質(zhì)量阻尼系統(tǒng)是對(duì)顆粒阻尼和調(diào)諧質(zhì)量阻尼有機(jī)結(jié)合的新型阻尼系統(tǒng)，既能有效拓寬調(diào)諧質(zhì)量阻尼的減振頻帶、提高減振效率和耐久性，又為顆粒阻尼的結(jié)構(gòu)工程應(yīng)用提供了實(shí)現(xiàn)途徑。本課題通過(guò)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)、風(fēng)洞模型試驗(yàn)、數(shù)值分析以及參數(shù)優(yōu)化對(duì)顆粒調(diào)諧質(zhì)量阻尼系統(tǒng)的減振機(jī)理及應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制的效果進(jìn)行了研究，揭示了其工作機(jī)理和物理本質(zhì)。五層鋼框架的對(duì)比試驗(yàn)表明在不同地震作用下，顆粒調(diào)諧質(zhì)量阻尼系統(tǒng)均能達(dá)到較好的減震效果，其中在上海人工波作用下的減震效果最好（均方根位移與加速度響應(yīng)減震率分別達(dá)到72.17%與70.99%）；另外，合理的參數(shù)選取更有利于發(fā)揮顆粒調(diào)諧質(zhì)量阻尼系統(tǒng)的性能，開(kāi)展了附加顆粒調(diào)諧質(zhì)量阻尼系統(tǒng)的氣彈風(fēng)洞試驗(yàn)（縮尺比為1：200），試驗(yàn)研究表明顆粒調(diào)諧質(zhì)量阻尼系統(tǒng)對(duì)高層建筑風(fēng)致振動(dòng)響應(yīng)有良好的減振控制效果，控制合理的顆粒密度、增加顆粒數(shù)量、加劇顆粒之間的碰撞等均可以提高其減振效果；基于多顆粒等效原則建立顆粒調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的數(shù)值模型，數(shù)值模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果整體吻合較好，峰值加速度吻合較好，而均方根加速度也可以將誤差控制在可接受的范圍內(nèi)；通過(guò)微分演化算法對(duì)顆粒調(diào)諧質(zhì)量阻尼系統(tǒng)進(jìn)行了全局優(yōu)化，相比于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，優(yōu)化設(shè)計(jì)的減振率提高了約50%；最后，提出合理的實(shí)用設(shè)計(jì)方法，明確相應(yīng)的核心技術(shù)、設(shè)計(jì)流程、構(gòu)造、制作、安裝和測(cè)試要求，并用于指導(dǎo)工程實(shí)踐。本課題展示了顆粒調(diào)諧質(zhì)量阻尼系統(tǒng)在土木工程應(yīng)用的巨大前景，為土木結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制的發(fā)展提供了另一種有效的途徑，具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。

顆粒調(diào)諧質(zhì)量阻尼系統(tǒng)是對(duì)顆粒阻尼和調(diào)諧質(zhì)量阻尼有機(jī)結(jié)合的新型阻尼系統(tǒng)，既能有效拓寬調(diào)諧質(zhì)量阻尼的減振頻帶、提高減振效率和耐久性，又為顆粒阻尼的結(jié)構(gòu)工程應(yīng)用提供了實(shí)現(xiàn)途徑。本課題將探索該新型阻尼系統(tǒng)的減振機(jī)理及應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制的效果。通過(guò)振動(dòng)臺(tái)和風(fēng)洞模型試驗(yàn)，以及相應(yīng)的數(shù)值理論分析，總結(jié)減振規(guī)律，揭示工作機(jī)理和物理本質(zhì)，著重考察對(duì)于地震和風(fēng)振的振動(dòng)控制效果；建立建筑結(jié)構(gòu)附加該阻尼系統(tǒng)的精細(xì)離散元模型和等效簡(jiǎn)化算法，進(jìn)行參數(shù)敏感性分析及優(yōu)化分析；提出合理的設(shè)計(jì)方法，明確相應(yīng)的核心技術(shù)、設(shè)計(jì)流程、構(gòu)造、制作、安裝和測(cè)試要求，并用于指導(dǎo)工程實(shí)踐。深入開(kāi)展該組合減振技術(shù)的理論和試驗(yàn)研究，有助于透徹理解該類(lèi)非線(xiàn)性系統(tǒng)的減振機(jī)理，對(duì)于提出一種新的建筑結(jié)構(gòu)被動(dòng)控制技術(shù)的解決方案具有重要的理論和工程意義。

永磁電機(jī)的減振降噪技術(shù)是一個(gè)國(guó)際公認(rèn)的難題。本項(xiàng)目密切結(jié)合精密控制和軍事裝備等重要應(yīng)用領(lǐng)域?qū)Ω呔?、低振?dòng)、低噪聲的技術(shù)需求，根據(jù)永磁電機(jī)結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)性，擬采用相位調(diào)諧方法研究齒槽、磁極等結(jié)構(gòu)單元的數(shù)量、形狀和位置對(duì)動(dòng)態(tài)特性的影響，揭示槽/極/相的數(shù)量、槽/極形狀及其位置與振動(dòng)噪聲特性之間的映射關(guān)系，建立反映機(jī)電耦聯(lián)振動(dòng)本質(zhì)的數(shù)調(diào)諧、形調(diào)諧和位調(diào)諧理論，進(jìn)而給出基于該理論的槽/極/相等關(guān)鍵結(jié)構(gòu)單元拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的具體優(yōu)選原則，最終實(shí)現(xiàn)永磁電機(jī)的減振降噪。該研究對(duì)完善機(jī)電耦聯(lián)振動(dòng)理論、促進(jìn)不同領(lǐng)域及學(xué)科的交叉、引領(lǐng)對(duì)稱(chēng)機(jī)構(gòu)相位調(diào)諧關(guān)鍵技術(shù)的工程應(yīng)用，都將起到重要的推動(dòng)作用。

將調(diào)諧質(zhì)量阻尼器(TMD)裝入結(jié)構(gòu)的目的是減少在外力作用F基本結(jié)構(gòu)構(gòu)件的消能要求值。在該情況下，這種減小是通過(guò)將結(jié)構(gòu)振動(dòng)的一些能量傳遞給以最簡(jiǎn)單的形式固定或連接在主要結(jié)構(gòu)的輔助質(zhì)量—彈簧—阻尼筒系統(tǒng)構(gòu)成的TMD來(lái)完成的。