【摘 要】
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滞回型调谐质量阻尼器(Hysteretic tuned mass damper,滞回TMD)是一类新型的结构被动控制技术,其已在结构振动控制中表现出卓越的减振性能。然而,滞回TMD的非线性动力特性尚未得到深入的研究。本文将针对滞回TMD进行研究,详尽分析其在耦合于受单向、双向简谐激励的结构时的非线性动力特性及减振效果,并对高层结构涡振控制进行优化研究。论文的主要研究内容和成果如下:1.首先,针对简
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滞回型调谐质量阻尼器(Hysteretic tuned mass damper,滞回TMD)是一类新型的结构被动控制技术,其已在结构振动控制中表现出卓越的减振性能。然而,滞回TMD的非线性动力特性尚未得到深入的研究。本文将针对滞回TMD进行研究,详尽分析其在耦合于受单向、双向简谐激励的结构时的非线性动力特性及减振效果,并对高层结构涡振控制进行优化研究。论文的主要研究内容和成果如下:1.首先,针对简谐激励下附加滞回TMD的单自由度系统的非线性响应进行分析。采用扩展增量谐波平衡法(Extended incremental harmonic balance method,EIHB法)求解系统的稳态周期响应,并用Floquet理论判别周期解稳定性。同时进一步根据庞家莱图和分岔图对结构响应机制类型以及分岔情况进行分析。结果发现,滞回非线性的引入使得结构响应表现出丰富的非线性特征。通过进一步的研究,明确了不同参数下滞回TMD对结构响应特性的影响,并得出具有中等强度非线性刚度及阻尼的滞回环更有利于结构的振动控制的结论。2.对附加双向滞回TMD的双向系统在简谐激励下的响应求解方法进行分析,发现现有的EIHB法无法解决双向系统中所涉及的多频激励下的响应求解问题。由此,本文提出了多时间尺度EIHB法。该解法通过引入多时间尺度表达多频激励下的非周期响应,并结合自适应谐波选取算法实现对解所需必要频率的自动选取。随后,将响应结果与龙格库塔法对比,证明了多时间尺度EIHB法的准确性。同时与现有的多频激励IHB法比较,突出了所提出算法在计算效率上的显著优势。该方法可应用于各类多频激励下的复杂非线性系统的求解分析中。3.研究了简谐激励下附加双向滞回TMD的双向系统的动力响应特性。通过采用单/多时间尺度的EIHB法进行稳态响应求解,重点讨论双向激励荷载参数变化对响应动力特性的影响。结果发现双向激励幅值差、相位差及频率差的变化都将引起系统响应的显著改变,如频响曲线峰值变化以及双向运动间的能量传递等,为滞回TMD在双向系统中的设计与应用提供参考。4.对滞回TMD在高层结构中的涡振控制效果及优化策略进行研究。以可遇风速范围内主结构的总能量作为评价指标,采用数值搜索方法对滞回TMD进行优化。在优化过程中发现硬化型滞回TMD具有比软化型滞回TMD更好的减振效果。将优化后的滞回TMD与线性TMD进行对比,结果发现,滞回TMD因滞回非线性性质的存在,将具有比线性TMD更好的高层结构涡振控制效果。
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