基于Takagi—Sugeno模型的半主动TLCD对偏心结构的减震控制

采用在结构水平双向设置TLCD半主动控制装置的方法，对偏心结构在多维地震作用下的振动控制问题进行了研究。首先论述了基于Takagi—Sugeno模型的模糊神经网络的基本理论。然后介绍结构-TLCD扭转耦联控制系统微分方程及其状态空间求解方法，最后在建立起半主动控制策略的基础上。利用基于Takagi—Sugeno模型的模糊神经网络，根据控制准则调整TLCD的开孔率，实现对结构的半主动控制。数值结果表明，这种方法能对结构的平动反应和扭转反应都能起到较好的减震效果。     

基于广义预测控制的结构半主动控制研究

相对于主动控制和被动控制来讲,半主动控制具有一些更好的特色,对结构控制的应用有着较强的吸引力。本文以可调液柱阻尼器(TLCD)作为作动器来实现结构半主动控制,考虑到TLCD具有非线性阻尼特性,为了使结构控制能够顺利实现,本文采用了阶跃控制函数。为了使TLCD能够应用于实际结构,本文研究了基于离散状态方程的广义预测控制方法,并提出了单向控制策略。本文最后给出了计算实例。算例表明这一方法是有效的。     

半主动TLCD对偏心结构的离散模糊变结构控制

采用在结构水平双向设置TLCD半主动控制装置的方法,对偏心结构在多维地震作用下的离散模糊变结构控制问题进行了研究.首先建立了结构-TLCD扭转耦联控制系统微分方程及其离散化状态空间表达,然后阐述了基于模糊逻辑的变结构控制的基本策略,最后应用该模糊变结构控制策略对一个五层偏心结构的TLCD半主动控制问题进行了仿真分析.仿真分析的结果表明,该方法在对结构的平动反应和扭转反应都能起到较好的减震效果的同时,还具有对结构固有参数不确定性的较强的鲁棒性.     

质量阻尼器的发展

广泛评述了调谐质量阻尼器(TMD)、多重调谐质量阻尼器(MTMD)、主动质量阻尼器(AMD)、半主动 TMD(SATMD)、主动调谐/主被动调谐/混合质量阻尼器(ATMD/APTMD/HMD)的研究现状.TMD, MTMD, AMD, SATMD, ATMD/APTMD/HMD能够有效地减小结构的风振与地震反应.指出强震下结构设置TMD, MTMD, AMD, SATMD, ATMD/APTMD/HMD的主要目的是限制结构屈服的进一步发展.因此,基于非线性结构模型的TMD, MTMD, AMD, SATMD, ATMD/APTMD/HMD研究具有重要意义.指出了TMD, MTMD, AMD, SATMD, ATMD/APTMD/HMD 有待于进一步研究的若干问题.提出了结构主动多重调谐质量阻尼器(AMTMD)和多重主被动调谐质量阻尼器(MAPTMD)的新控制策略.介绍了AMTMD和MAPTMD的研究进展并指出了进一步研究的发展方向.      

Numerical and experimental study of tuned liquid damper effects on suppressing nonlinear vibration of elastic supporting structural platform

Nonlinear Dynamics - A liquid storage container installed on the top of a fixed offshore platform is used as a tuned liquid damper (TLD) to suppress structural vibration through sloshing motion and...     

大跨度桥梁多模态耦合颤振DTMD控制研究

DTMD是一种具有双频率的调谐质量阻尼器,与普通TMD相比,可以同时实现对主梁竖向和扭转运动的控制,具有较高的控制效率。本文基于多模态耦合颠振理论,导出带有DTMD的桥梁颠振系统运动微分方程,采用PK—F法求解系统颠振运动微分方程,并编制了多模态耦合颠振DTMD控制和参效分析程序,以崖门斜拉桥为算例,分析了DTMD对桥梁颤振控制的有效性并与普通TMD进行了对比,计算结果表明与传统TMD相比,DTMD对桥梁颠振具有更高的控制效率。     

A novel aseismic foundation system for multipurpose asymmetric buildings

The vulnerability of civil engineering structures with fundamental frequency, say roughly above 1?Hz, (or buildings having less than ten stories), when exposed to the strong motion phase of an earthquake is considerably reduced by means of base isolation. The low-pass filter for isolating horizontal vibrations is redesigned where the classical elastomeric bearings are substituted by a number of prestressed helical steel springs with pivoted columns along their vertical axes carrying a fraction of the dead weight and guiding the remaining horizontal motion. The base-isolated building in its fundamental mode is considered to be rigid and low-cost tuned liquid column gas dampers (TLCGDs), in optimal arrangement within the plan of the basement of the building, supply the effective damping of the remaining horizontal vibrations. TLCGD-tuning in a first step is performed by a simple transformation of the well-documented optimal parameters of the tuned mass damper (TMD) followed by fine-tuning in state space. The action of the passive damping device is commonly considered to be sufficient. Since the gas-spring effect somewhat counter acts changes in fluid mass, the absorber can be used as a water reservoir. Compatible sliding elements are innovatively designed to resist the motion of the building relative to the ground for sufficiently small disturbances by static friction, thus complete the isolation system. However, during seismic excitation, the frictional contact is released over much of the time to avoid excessive wear.     

半主动U型液力阻尼器的结构振动控制

半主动控制系统由于其动力可调范围广、耗能小和内在稳定性好等特点，受到了普遍的关注。基于离复位控制((OTE)算法，本文检验了-变阻尼半主动控制装置-SATLCD的风振控制效果。本文的主要目标是研究OTE算法应用于SATLCD实施结构振动控制的可能性。数值研究确认了SATLCD的有效性和它相对于无控和被动控制的优越性，同时也验证了OTE算法的合理性。     

利用浅水水箱作为阻尼器的大连国贸大厦减振控制研究

针对一实际工程结构—大连国贸大厦,研究了风荷载作用下调液阻尼器的减振控制作用。首先建立了该结构的简化计算模型,利用Davenport谱给出了模拟风荷载;在大厦所处的位置进行多次测量,得到实际风速样本,选取其中风速较大、过程平稳的样本,对实测样本与模拟样本的频谱进行比较,验证了模拟风荷载的合理性。文中在大厦顶层设置浅水水箱,将其设计成可减少结构位移及加速度反应的控制装置TLD,以提高大厦在风荷载作用下的舒适度,并给出了高层建筑水箱减振方案实施的设计建议。数值计算结果表明,该大厦顶部设置TLD减振装置后,能有效地控制结构在风荷载作用下的反应。依据本文的TLD设计步骤,可供类似高层建筑进行TLD减小风振控制分析和设计时参考。     

滞回摩擦型调谐惯质阻尼器结构隔震研究

本文研究一种新型非线性阻尼器——滞回摩擦型调谐惯质阻尼器(HFTID)在工程结构抗震控制中的应用。HFTID由调谐惯质阻尼器(TID)和滞回弹簧摩擦元件并联组成。首先通过谐波平衡方法推导了HFTID单自由度系统力与位移的传递率。然后对HFTID进行了最佳调谐参数优化,得到HFTID最优参数的近似表达式,比较了HFTID和TID振动控制系统的减振效果。结果表明,HFTID相比TID可以进一步降低振动控制系统的传递率。最后,以一栋多层隔震结构为例,将HFTID与TID的隔震效果进行了对比,结果表明,HFTID相比TID在降低地震响应峰值和均方根值方面具有更大优势,验证了HFTID在降低地震响应方面的有效性和实用性。HFTID在建筑和桥梁结构抗震、车辆悬挂系统和其他机械隔震问题上具有潜在的应用前景。     

非线性流固耦合问题的ALE分步有限元数值方法

推导了一种基于ALE（Arbitrary Lagrangian-Eulerian,即任意的拉格朗日-欧拉）描述下的带有自由液面不可压液体与运动结构非线性耦合问题的一种有限元数值计算方法,在时间域上采用分步格式计算,这种方法与混合插值方法比较其优点是速度和压力可使用同阶线性插值,给数值计算带来很大方便,将所得到的方法应用到结构与TLD（调谐式（液体阻尼器）装置之间的耦合问题,数值计算结果验证了本文所推导的方法。     

Experimental comparison of nonlinear damping performance of toroidal and conventional tuned liquid column dampers

Nonlinear Dynamics - Conventional tuned liquid column dampers (TLCDs) are deficient in multidirectionality. In contrast, toroidal TLCDs are designed to extend the application to multidirectional...     

建筑结构的SMA被动振动控制方法

文章根据Robery K等研制的SMA中心牵引型耗能器的基本原理，设计出一种具有自我保护能力的新型耗能器，并建立了对应的力学模型。在此基础上，利用Brinson相变发展的本构模型从热力学第一定律出发建立了耗能器的热力学平衡方程式，为了探讨耗能器在结构中的被动控制效果，文章以三层单跨框架结构为例建立了结构在耗能器作用下的动力学方程式。最后，文章分别对耗能器与框架结构进行了数值仿真计算。结果表明，耗能器的耗能能力随温度的升高而下降，通过温控器的调节或改变相变温度点，可以使耗能器处于最佳耗能状态；SMA耗能丝材愈短，在相同的耗能器行程下，丝材应变愈大，相变发展愈充分，耗能量愈大，但最大应变不能超过材料的最大可恢复应变；SMA耗能器对结构在地震作用下的动力响应具有较显著的抑制作用，位移的峰值衰减率约50％一70％。     

AN EFFICIENT LIQUID SLOSHING DAMPER FOR VIBRATION CONTROL

The next generation of tall structures are being designed to be lighter and more flxible, making them susceptible to wind, ocean waves and earthquake type of excitations. One approach to vibration control of such systems is through energy dissipation using a liquid sloshing damper. Such dampers are already in use for vibration control of tall structures in Japan and Australia. The present parametric study focuses on enhancing the energy dissipation efficiency of a rectangular liquid damper through introduction of a two-dimensional obstacle. A parametric free-vibration study, aimed at optimum size and location of the obstacle, is described first. Results suggest a significant increase in the energy dissipation, up to 60%, in the presence of the obstacle. An extensive wind tunnel test-program was undertaken which substantiated the effectiveness of the improved damper in suppressing both vortex resonance and galloping types of instabilities. Ability of the damper to control structural oscillations with a smaller amount liquid is quite attractive for real-life applications.     

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(Auto-Regressive,AR)法,考虑竖向相关性、平稳的多变...     

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.     

桥梁多模态耦合抖振控制方法研究

目前已证实调谐质量阻尼器(TM D)可以有效控制桥梁抖振响应,并已在工程中得到应用。然而,传统桥梁抖振被动控制理论是基于单模态叠加SRSS法,无法考虑多模态参与作用和模态间气动耦合效应,本文基于Scan lan多模态耦合抖振理论和多重调谐质量阻尼器(M TM D)被动控制理论,提出一种桥梁多模态耦合抖振M TM D控制方法,该方法可以考虑多模态参与作用、模态间气动耦合效应和单模态中各模态位移分量的气动耦合,且对各TM D在主梁上的安装位置没有任何限制。本文最后采用时域仿真方法对该方法进行了验证,两者计算结果吻合良好,表明本文所提出的方法的正确性。     

基于市场机制的TLCD半主动控制方案

基于市场机制控制是利用市场来模拟复杂的控制系统,用销售商和消费者来代替控制器和受控结构,从而将整个控制系统离散化,对结构的振动实施有效的控制。本文将基于市场机制的控制理论应用于TLCD半主动控制,提出了一种新的TLCD的半主动控制方案,即基于市场机制的TL CD半主动控制方案。首先建立TLCD-结构控制体系的运动方程,给出了半主动控制方案,用一个单自由度结构为例来阐述基于市场机制的TLCD半主动控制方案并对控制系统进行分析。然后用一个五层结构来验证这种方法的有效性。结果表明,基于市场机制的半主动TLCD开关控制不仅减振效果好,而且节约能量,简单易行,便于在实际工程中应用。     

固体火箭燃气射流驱动液柱过程的CFD分析

固体火箭燃气射流驱动液柱过程会产生一个复杂的非稳态多相流场,为了研究液柱对固体火箭发动机工作过程中射流流场的降温效果,并揭示燃气冲击液柱的流动演化和气水之间的相互作用,利用FLUENT软件中耦合了液态水汽化方程的VOF多相流计算模型对燃气与液柱之间的耦合流动及相变过程进行了数值模拟,并与无液柱情况下射流流场的计算结果进行了对比分析。计算结果表明,当有液柱平衡体时射流流场中的压力、温度、速度波动幅度均减小,减弱了射流流场中的湍流脉动强度;液柱与燃气之间的汽化以及液柱的阻碍作用减小了射流流场的轴向发展位移,尾管后的完全发展射流流场核心区域内的压力峰值降低了0.9 MPa,温度峰值降低了503 K,速度峰值降低了291 m/s,验证了实验中液柱对燃气射流流场的降温效果。     

The application of inerter in tuned mass absorber

In this paper we investigate the dynamics of tuned mass absorber with additional viscous damper and inerter attached to the pendulum. The devices are used to damp out oscillations of non-linear Duffing oscillator. Analysis of how these devices influence the dynamics of tuned mass absorber and its damping properties is shown. We calculate the detailed bifurcation diagrams and show how by changing the parameters of damper and inerter one can eliminate dangerous dynamic instabilities from the systems. Finally, in the last section we present an optimization of TMA׳s parameters in order to achieve best efficiency in damping of the main body vibrations.