大跨度桥梁多模态耦合颤振的TMD控制

推导了装有TMD的结构在气动自激力作用下的动力微分方程,基于模态空间中多模态耦合颤振分析手段,运用考虑安装TMD的多模态自动分析法对结构-TMD系统进行了颤振分析和TMD控制分析,使多模态自动分析法能适用于TMD颤振控制分析,避免了双参数搜索和迭代计算,提高了计算效率。对某在建三塔悬索桥进行了原结构颤振分析和TMD-结构颤振频域分析,探讨TMD控制参数对颤振临界风速的影响。     

多自由度复杂结构的TMD调谐减震控制研究

给出多自由度复杂结构中调谐减震控制TMD的有效设计方法.通过分析发现简谐基底激励作用下的TMD最优参数并非减震控制的最佳选择,主要区别是减震控制时TMD的最优阻尼比要显著小于简谐基底激励下的最优阻尼比.在随机地震激励下给出用于确定减震控制TMD最优参数的方法.据此进行了三相叠积电抗器的减震TMD设计,确定了最优减震参数,通过分析实际地震波作用下的结构响应,表明所设计的TMD在地震动作用下对三相叠积电抗器有十分明显的减震效果,证实用本文方法可以有效地对多自由度复杂结构设计TMD进行减震控制.     

铰接塔海洋平台的振动控制

采用调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper,TMD)设计了铰接塔海洋平台的振动主动控制方法.首先给出了考虑重力梯度、水压力差、波浪力等外部载荷作用的系统动力学方程,并采用有限差分法对方程进行了离散,而后采用最优控制方法设计TMD的主动控制,并给出了TMD参数的设计方法.仿真结果表明,主动TMD的控制效果优于被动TMD,而且主动控制时的TMD位移量明显小于被动控制方法.     

地震作用下高层钢结构的最优MTMD控制策略及设计

基于一般 MTMD,导出了 MTMD( )、MTMD( )和 TMD的动力放大系数 ( DMF)。以具有 MTMD( )、MTMD( )或 TMD结构的动力放大系数最大值中的最小值为优化准则。基于优化准则 ,列表显示了MTMD( )、MTMD( )和 TMD的最优参数。同时研究了最优参数对振型参与系数的敏感性。提出了 MTMD( )、MTMD( )和 TMD结构 -MTMD( )、MTMD( )和 TMD系统的优化设计方法。数值模拟表明 ,MTMD( )、MTMD( )和 TMD能有效地减小高层钢结构的地震反应     

海洋平台离散模型振动控制研究

对近海平台离散结构模型在特征波浪载荷下,以平台上甲板最小位移为目标,比较了单个及多个调谐阻尼器（TMD）对系统各阶模态的抑振效果,结果表明,安装在第一模态质量上的调谐阻尼器对系统各阶模态振动的抑制作用最大;获得了海洋平台离散模型振动控制阻尼器的设计优化参数,为工程阻尼器设计提供了依据。     

随机风场下高层结构振动隔震与TMD混合控制研究

针对风荷载作用下高层建筑结构振动控制问题,基于建筑隔震和调谐质量阻尼器振动控制原理,利用ANSYS软件分别建立高层结构带隔震层和带调谐质量阻尼器(TMD)的单一控制策略以及两者相结合的混合振动控制策略。根据Davenport脉动风速谱,采用自回归模型(AutoRegressive,AR)法,考虑竖向相关性、平稳的多变量随机过程以及它的互谱密度矩阵模拟生成具有随机性的脉动风速时程曲线和风速谱的功率谱密度,并用于20层钢结构Benchmark结构模型。系统比较三种振动控制策略在顺风向脉动风载作用下的控制效果,结果表明隔震与TMD混合振动控制方法可以有效地抑制结构风振响应,控制效果很好地弥补了单一振动控制的缺陷。本文方法可应用于大尺度高层结构振动控制中,实现高层建筑结构风振响应的可靠控制。     

土—结构相互作用对高柔结构风振响应TMD控制的影响

文中研究了土－结构相互作用对高层,高耸结构风振响应TMD控制的影响,讨论了结构不同基础类型和不同地在土介质对TMD风振控制效率的影响,数值结构表明,土－结构相互作用对风振响应TMD控制的影响不同于对地震响应TMD控制的影响。     

基于遗传算法优化的磁流变减震结构模糊控制研究

基于模糊控制的磁流变减震器能够实现对框架结构的减震,但模糊控制器的设计容易受人主观经验的影响而导致控制效果不够理想。为此,本文提出一种遗传算法双优化模糊控制器设计方法,即运用遗传算法同时优化模糊控制器的模糊规则和隶属函数以改善控制效果。为了验证该方法的有效性,对每层均装有一个磁流变减震器的一个三层框架结构进行了仿真分析。分析结果表明:与未控结构、模糊控制器未优化的结构、模糊控制器只优化模糊规则的结构的位移和加速度反应比较,采用遗传算法双优化模糊控制器选择磁流变减震器控制电流的结构的振动控制效果较好。     

多维地震作用下高层结构振动混合控制研究

针对水平和竖向地震作用下高层建筑结构的混合振动控制问题,研究调谐质量阻尼器(tuned mass damper, TMD)体系、隔震结构体系、隔震与TMD混合控制体系3种策略对水平与竖向地震共同作用下结构振动响应的减振效果。选取典型的20层钢结构Benchmark结构模型,利用ANSYS软件建立带有TMD和隔震层结构的有限元模型,比较了结构在水平地震单独作用下与水平和竖向地震共同作用下的振动响应。结果表明,水平方向上的振动响应无明显变化;竖直方向上,有控状态下的减振指标相对于无控状态出现了增大现象,尤其是层间隔震结构增大较为明显。研究成果可为高烈度区高层隔震结构设计提供参考。     

高层建筑TMD风振控制优化设计

本文探讨了高层建筑TMD风振控制优化设计方法,研究了高层建筑TMD风振控制最优参数取值问题,给出了高层建筑TMD风振控制设计步骤,最后给出了算例说明及其应用。     

残损航空器搬移拖车悬臂的拓扑优化

首先,采用导重准则法对在固定载荷下以位移为约束的拓扑优化问题进行计算,运用一种新的插值模型推导了在单工况作用下的最小质量拓扑优化迭代算法,并通过一个算例验证了该算法的可行性。然后,将该算法应用于残损航空器搬移拖车悬臂的拓扑优化设计中,将由此获得的悬臂的拓扑形貌与结构优化软件Optistruct得到的拓扑结果进行对比。结果表明,二者的迭代速度差别不大,且导重准则法的优化效果更好。作为概念设计,所得的拓扑形貌为以后悬臂结构的优化设计提供了有效参考。     

变频单TMD对框架结构的减振效果分析

变频单TMD系统是对普通单TMD系统的改进,在普通单TMD系统的基础上提供附加刚度,并通过位移条件控制该附加刚度是否参与TMD系统的工作.变频单TMD系统在不同位移条件下具有不同的频率,具有MTMD(Multiple Tuned Mass Damper)的性能和优点,能减小结构多个自振频率引起的较大的动力响应,显著提高结构的振动控制效果.将变频单TMD系统应用于高层框架结构,分析其动力响应.计算结果表明,变频单TMD系统能有效减小结构的动力响应,与普通单TMD相比,减震效果更为显著.     

Theoretical analysis of hydrostatic implodable volumes with solid inner structures

The basic analytical theory for hydrostatically caused implosions of spherical volumes, which has been known for nearly a century, has been extended for the treatment of annular volumes with solid inner structures. Theoretical analyses are developed that treat the inner structure as infinitely hard, elastically deformable, plastically deformable or shattering under the influence of the pressure from the surrounding implosion event. Parametric studies are made of the effect that the inner structure's geometric and material properties have on the pressure field of the surrounding water. It is concluded that the pressure waves produced by the imploding volume are significantly affected by the existence of an inner structure and the inner structure's physical properties. This is an important consideration in assessing the effect of an underwater implosion event on nearby structures.     

Duality among Optimal Design Problems for Torsional Vibration

ABSTRACT

Four types of mass and frequency optimization problems are stated for free torsional vibration of thin-walled cylinders subject to constraints on wall thickness and frequencies of vibration. It is shown, using Pontryagin's method, that the mathematical structure of all four problems is similar and leads to identical classes of optimal thickness distributions. These duality relations are used in an example to construct an optimal frequency solution from the solutions for both maximum and minimum mass problems. General relations among the governing parameters for the four problems are stated. The results of Grinev and Filippov and of Thermann for the abnormal optimization problems are verfied as a specific limiting example of the general results.     

基于虚拟材料的T-B梁拓扑优化ESO方法

自从Zhou和Rozvany于2001年以T-B梁(Tie-Beam)问题质疑渐进结构优化方法ESO(Evolutionary Structural Optimization)的算法收敛性以来,结构最优化领域的研究者提出了多种算法以求解决这一问题。T-B梁问题仍是当前结构拓扑优化领域的研究热点,因为现有的各种T-B梁解法或是存有不足或是无法获得满意解答。本文在传统ESO算法中,将虚拟材料引入待删除单元,用以检测结构传力路径是否受到破坏,进而确定单元删除的合理性。算例表明,本文算法可有效防止ESO方法求解T-B梁问题时的失效并获得最优解,且本文算法只需在ESO迭代中附加一次检测,不改变ESO方法的迭代进程和寻优能力。     

Vibration frequency and lock-in bandwidth of tensioned,flexible cylinders experiencing vortex shedding

In-water vortex-induced vibration (VIV) tests of top-tensioned, flexible cylindrical structures were conducted at Shell Westhollow Technology Center current tank. These tests revealed that the top tension and structural stiffness (both lateral and axial) can have a significant impact on vibration frequencies. During lock-in between the vortex-shedding frequency and the structure's natural frequency, the increase of the vibration frequency with flow speeds is strongly related to the rise of the axial tension. After an initial abrupt rise, the vibration frequency of a bending-stiffness-dominated structure only increased slightly during lock-in. Alternative explanations are provided on why the vibration frequency does not rise significantly but there can still exist a broad lock-in band, and why a more massive structure has a narrower lock-in bandwidth.     

薄壁结构多层级并发加筋拓扑优化研究

新一代航天装备的主承力薄壁舱段在追求极致轻量化的同时,还具有更高的刚度和抗屈曲等设计指标.传统结构形式和设计方法难以满足轻质高承载的设计要求.为此,本文提出了一种薄壁结构多层级并发加筋拓扑优化方法,通过构建主层级稀疏加筋和次层级密集点阵增强结构整体和局部力学性能,扩展结构设计空间,有效提升材料利用率.其中,主层级加筋布局通过变密度拓扑优化方法获得,次层级点阵构型通过基于改进的渐进均匀化方法提出的两种设计方法获得,并基于材料插值模型,建立了多层级并发加筋拓扑优化框架,实现在一次拓扑优化求解中同时获得主层级加筋布局和次层级单胞拓扑构型.基于上述方法,本文分别给出了考虑结构刚度和稳定性设计需求的优化算例,并与传统单层级加筋拓扑优化进行了对比.结果 表明,多层级并发加筋方法可以根据承载边界和设计目标寻找优化的结构形式,且在相同质量下,其优化构型相比传统单层级拓扑优化结果表现出更高的承载性能,证明了本方法在薄壁结构设计上的优势.     

多自由度振动结构的随机优化方法

多自由度振动结构的随机优化问题的求解一般要比确定性优化问题的求解复杂得多，也没有行之有效的算法．本文利用概率原理，把随机优化问题转化为等价的确定性优化问题，优化参数取作随机设计变量的均值和标准差，并把该方法应用于多自由度线性扭振系统，在得设计参数的最优均值的同时，还得到了相应的最优标准差，为工程技术人员控制结构零部件的加工精度提供了依据．算例表明该方法是有效的，随机优化的结果比确定性优化的结果好得多．同时，在算例中还讨论了随机设计参数的标准差对优化结果的影响．     

Performance evaluation of shape-memory-alloy superelastic behavior to control a stay cable in cable-stayed bridges

This paper focuses on introducing and investigating the performance of a new passive control device for stay cable in cable-stayed bridges made with shape-memory alloys (SMA). The superelasticity and damping capability of SMA is sought in this study to develop a supplementary energy dissipation device for stay cable. A linear model of a sag cable and a one-dimensional constitutive model for the SMA are used. The problem of the optimal design of the device is studied. In the optimization problem, an energy criterion associated with the concept of optimal performance of the hysteretic connection is used. The maximum dissipation energy depends on the cross-sectional area, the length, and the location of the SMA on the cable. The effectiveness of the SMA damper in controlling the cable displacement is assessed. Furthermore, a study is conducted to determine the sensitivity of the cable response to the properties of the SMA device. The comparison between the SMA damper and a more classical passive control energy dissipation device, i.e., the tuned mass damper (TMD), is carried out. The numerical results show the effectiveness of the SMA damper to damp the high free vibration and the harmonic vibration better than an optimal TMD.