【摘 要】
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结构振动控制有着悠久的历史,根据不同的机理可以分成不同的控制方法。而调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper,即TMD)作为一种广泛应用的阻尼器,具有简单、有效、无外部功率输入等优点。但TMD的减振效果通常会受到外部荷载频率的影响,当外部荷载频率为宽带或结构振动由多个同样重要的模态组成时,TMD的减振效果将大大降低。剪切增稠液体(Shear Thickening Fluid,即STF)会
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目“基于STF自调谐质量阻尼器的斜拉索多模态智能减振研究”(批准号:51978225);
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结构振动控制有着悠久的历史,根据不同的机理可以分成不同的控制方法。而调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper,即TMD)作为一种广泛应用的阻尼器,具有简单、有效、无外部功率输入等优点。但TMD的减振效果通常会受到外部荷载频率的影响,当外部荷载频率为宽带或结构振动由多个同样重要的模态组成时,TMD的减振效果将大大降低。剪切增稠液体(Shear Thickening Fluid,即STF)会因外部激励的不同表现出不同的阻尼比,并且无需外部功率的输入,可以实现TMD的变阻尼特性。因此考虑将STF与TMD进行串联,构成STF-TMD阻尼器系统,通过理论分析和试验研究相结合的方法,研究STF-TMD的减振性能。具体研究内容如下:STF-TMD减振效果的理论分析和对比研究。研究传统TMD的减振效果和参数优化,分析不同质量比下的最优参数,得到的最优频率比作为STFTMD的固定频率比。研究变阻尼式TMD的减振性能,并与传统TMD进行对比研究,研究显示变阻尼可提高TMD的减振效果,并且特定范围内阻尼的变化与STF特性相似,证明了STF-TMD的可行性。针对STF-TMD展开理论研究,通过Fluent模拟绕流阻力得到阻尼系数,进而采用时程分析的方法研究STF-TMD的减振性能。通过具体案例展开STF-TMD与传统TMD的减振效果理论对比研究,研究显示STF-TMD相比于传统TMD,减振性能提升。进行STF-TMD减振效果的试验研究。设计并制作STF-TMD的模型,分别对无减振措施、硅油TMD或STF-TMD的试验模型进行自由振动、强迫激励、随机荷载试验。自由振动试验结果表明,STF-TMD会对试验系统的耦合阻尼比产生影响,表现出变阻尼特性,对耦合频率比无影响。强迫激励试验结果显示,与传统TMD对比,STF-TMD的减振性能进一步提升,并且提高了减振效果的频率有效范围。随机荷载试验结果显示,相比于传统TMD,STF-TMD的减振效果提升,并且在加速度响应控制方面提升的更为明显。进行STF-TMD适用性研究及参数研究。通过试验分析结构频率发生变化或TMD的参数与结构不匹配时,STF-TMD与硅油TMD减振性能的下降程度以及适用性,实验显示STF-TMD的容错性和适用性更优,STF-TMD适用于更多的工程情况。针对STF浓度对STF-TMD减振性能的影响,采用试验的方法进行研究,研究表明浓度对STF-TMD的性能影响较大;针对STFTMD结构参数对阻尼器性能的影响,采用理论分析的方法展开研究,确定了STF-TMD的参数优化方法。在参数研究的基础上,利用等效阻尼比的概念为实际工程提供优化思路。
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