[发明专利]一种调谐惯性质量阻尼器的最优参数设计方法

说明书

本发明提供了一种调谐惯性质量阻尼器的最优参数设计方法，该方法以安装有调谐惯性质量阻尼器(Tunedmass damperinerter)的单自由度结构为研究对象，以单自由度结构位移响应最小为目标获得一种调谐惯性质量阻尼器(TMDI)最优参数的设计方法。该方法首先需要利用D’Alembert原理列出单自由度结构‑TMDI系统的运动方程，并采用复数运算规则得到单自由度结构强迫振动的实振幅，以及减振后单自由度结构的动力放大系数，然后基于不动点理论得到使单自由度结构位移响应最小的TMDI最优频率比与最优阻尼比的参数设计公式。本发明由不动点理论得到的使单自由度结构位移响应最小的TMDI减振器的最优参数设计方法能够有效发挥TMDI的减振潜力。利用简谐荷载激励下的单自由度结构‑TMDI系统的最优参数设计方法获得的TMDI最优参数，对于控制随机地震激励下的单自由度结构的振动响应同样可靠。

技术领域

本发明属于振动控制领域，尤其涉及一种调谐惯性质量阻尼器的最优参数设计方法

背景技术

在受外荷载激励的的结构上附加一个自由振动的的质量块，来抑制主结构的振动响应。这是结构动力学领域的一个被动控制策略。引入线性弹簧质量和粘性阻尼器之后，便增加了该减振器受谐荷载激励时的有效性。上述减振器称之为调谐质量阻尼器(TMD)。这一类通过附加动力振子系统的方式来耗散主结构能量的方法，因为具有安全可靠、造价低、维护方便等特点，受到了工程师们的青睐。调谐质量阻尼器也有其缺点，例如:要使其发挥更好的振动控制效果就必须增大附加质量块的质量。然而，附加质量块的质量过大会对主结构产生不利影响。

近年来，一种被称为惯性器的新装置被开发出来并用于控制工程结构的振动。该装置可以将线性运动转换为高速的转动来达到放大系统物理质量的目的，因此它可以产生高于它的物理质量两个数量级的惯性力。有学者提出将惯性器与常规调谐质量阻尼器(TMD)结合起来形成调谐惯性质量阻尼器(TMDI)，来达到减少结构系统振动的目的。研究结果表明具有相同质量的TMDI系统比 TMD系统在减少主结构振动上更加有效。TMDI用来控制风荷载激励下的高层建筑，控制效果明显。TMDI用来消减大跨度桥梁在涡激振动下产生的振动响应时控制效果出色。部分学者研究了在基础隔震结构隔震层下方设置TMDI，来提高抗震能力减小结构位移。TMDI还被应用于控制电缆的振动、近海半潜式平台受波浪作用引起的振动等。目前学者们基于不同的优化准则，采用了数值搜索算法对特定结构中的TMDI系统进行优化。然而分析受简谐荷载激励的单自由度 -TMDI系统的参数优化方法是很有必要的，因为简谐荷载是最具代表性的周期性荷载。而且任意周期性荷载可以采用傅里叶级数展开为多个简谐荷载之和，对于线性系统，叠加各简谐荷载的反应，便可得出此周期性荷载引起的结构反应。本发明能够有效确定安装有TMDI减振器的单自由度结构受简谐荷载激励时， TMDI减震器的最优频率值和最优阻尼比值。还可以有效地确定单自由度结构 -TMDI系统受随机地震激励时，本发明提出的TMDI减震器的最优参数设计方法同样可靠。

发明内容

本发明的目的在于提供一种调谐惯性质量阻尼器的最优参数设计方法，旨在解决如何有效确定单自由度结构-TMDI系统受简谐荷载激励时TMDI减振器的最优频率值与最优阻尼比值。

本发明是这样实现的，一种调谐惯性质量阻尼器的最优参数设计方法，包括以下步骤：

步骤(S1)，列出简谐荷载作用下的单自由度结构-TMDI系统的运动方程，并采用复数运算规则得到单自由度结构强迫振动的实振幅。

步骤(S2)，将两个公共交点的动力放大系数相等作为单自由度结构-TMDI 减振系统参数优化的第一个条件，获得TMDI的最优频率比设计公式。

步骤(S3)，将一个峰值点与公共交点重合作为单自由度-TMDI减振系统参数优化的第二个条件，获得TMDI最优阻尼比的设计公式。

步骤(S4)，进一步确定单自由度结构受平稳随机地震激励时，TMDI减振器的优化方法同样可靠。