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考虑单摆非线性调谐质量阻尼器的设计

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摘 要

Abstract

1 绪论

1.1 研究背景与意义

1.1.1 研究背景

1.1.2 研究意义

1.2 调谐质量阻尼器的发展与应用

1.2.1 调谐质量阻尼器的发展概况

1.2.2 调谐质量阻尼器的工程应用

1.3 单摆式调谐质量阻尼器的研究与应用

1.3.1 单摆式调谐质量阻尼器的研究现状

1.3.2 单摆式调谐质量阻尼器的工程应用

1.4 本文研究内容

2 单摆式调谐质量阻尼器的大摆角分析

2.1 单摆运动求解

2.1.1 单摆运动方程

2.1.2 单摆运动方程求解

2.1.3 周期精确解与近似解比较

2.2 摄动法求解

2.3 单摆受迫振动摆长分析

2.3.1 单摆摆长线性设计

2.3.2 单摆设计仿真分析

2.4 单摆式调谐质量阻尼器的参数设计

2.5 本章小结

3 单摆式调谐质量阻尼器装置线性化设计

3.1 装置分析

3.1.1 单摆装置

3.1.2 等时摆挡板装置

3.1.3 圆弧挡板装置

3.2 三种装置下小球轨迹

3.3 系统运动方程分析

3.3.1 单摆控制运动方程

3.3.2 等时摆挡板装置控制运动方程

3.3.3 圆弧挡板装置控制运动方程

3.3.4 三种情况下控制效果比较

3.3 本章小结

4 单摆式调谐质量阻尼器能量分析

4.1 线性系统能量分析

4.2 三种装置能量耗散分析

4.2.1 单摆式调谐质量阻尼器

4.2.2 等时摆挡板装置

4.2.3 圆弧挡板装置

4.3 本章小结

5 调谐质量阻尼器装置的振动台试验

5.1 试验概述

5.1.1 试验目的

5.1.2 试验设计

5.2 试验仪器

5.2.1 振动台

5.2.2 dSPACE实时系统

5.2.3 激光位移传感器

5.3 试验装置及结构参数测定

5.4 装置控制试验分析

5.5 本章小结

结 论

参 考 文 献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢

大连理工大学学位论文版权使用授权书

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摘要

作为调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper,TMD)的一种,单摆式调谐质量阻尼器(Pendulum Tuned Mass Damper,PTMD)在结构振动控制领域也有广泛的应用,主要用来减小高耸结构在风荷载作用下的位移响应。利用单摆式调谐质量阻尼器(PTMD)控制结构振动时,当摆角过大单摆不再满足线性假设条件。这种情况下如果进行线性化设计,控制效果可能不太理想。为了得到更好的控制效果,需要对PTMD进行非线性设计或者需要设计合适的PTMD装置使其控制方程为线性方程。因此,本文针对此问题研究了以下三个方面的内容: 1、仅仅分析单摆的运动,不同摆角幅值,将其线性近似单摆周期与椭圆积分推导的精确解进行比较。对sin?和cos?应用泰勒公式的前两项近似,并且应用谐波平衡法求周期的近似解,以及两种近似情况下对所得摆长的影响。分析周期的精确解和前两项近似所得周期最大差值,如果只是得到其频率或周期,这两种近似都是可以接受的。然后,对单摆的受迫振动进行仿真模拟,与求解周期或频率的近似相同,比较分析不同激励幅值下单摆的稳态响应幅值,以及最大响应幅值所对应的频率。结果表明,单摆的大摆角所导致的非线性,正余弦泰勒公式的前两项近似即可。 2、对单摆式调谐质量阻尼器装置进行改进,使其满足线性化设计要求。分析结果表明,等时摆是完全线性的,并且其控制效果非常好。由于等时摆形状要求精度高,加工不变。本文提出了一种近似线性的圆弧挡板装置。圆弧挡板和等时摆装置对应小球的摆动轨迹几乎重合,而且其控制效果也基本一致,而且比传统单摆的控制效果好。因此可以采用圆弧挡板装置的单摆式TMD控制结构振动。 3、设计圆弧和等时摆两种挡板装置以及传统单摆装置,并且三种情况的摆长和摆球的质量相同。通过扫频以及锤击所得自由振动衰减曲线,识别结构的质量、刚度和阻尼三个参数。进行振动台实验,分别得到三种装置结构的稳态响应和激励频率的关系曲线,在实验误差允许范围内分析验证圆弧挡板的控制效果。

著录项

  • 作者

    彭姚;

  • 作者单位

    大连理工大学;

  • 授予单位 大连理工大学;
  • 学科 结构工程
  • 授予学位 硕士
  • 导师姓名 李芦钰;
  • 年度 2018
  • 页码
  • 总页数
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 中文
  • 中图分类
  • 关键词

    单摆; 非线性; 调谐质量阻尼器;

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