基于等效线性化方法的新型阻尼器优化设计方法与应用

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地震对建筑结构造成破坏，且严重威胁着人类的生命财产安全。结构振动控制技术突破传统抗震设计理念，通过附加减震控制装置与结构体系共同抵御地震作用，有效降低结构的振动响应，提高结构抗震性能。本文以被动控制装置中的新型阻尼器—旋转惯性质量阻尼器（Gyro-Mass Damper，GMD）为研究对象开展研究，包括阻尼器模型试验数据分析和模拟模型建立、安装GMD的单自由度结构优化设计，以及减震效果对比验证。本文的主要研究工作和成果如下：（1）基于滚珠丝杠装置的运行机制和细部构造，分析质量和阻尼放大效应产生的机理，发现调节滚珠丝杠装置的先导长度可同时对两种效应进行优化；依据已有低频低幅值试验数据，分析GMD的摩擦效应，建立 SIMULINK模型对GMD参数进行辨识，考虑摩擦并建立相应的模拟模型；最终确定由质量单元、阻尼单元和摩擦单元三者组成的GMD力学模型，并对不同工况下GMD的动力性能进行了分析。（2）对大尺寸GMD可忽略装置的摩擦效应，依据定点理论对设置有GMD的单自由度结构参数进行优化设计。当单自由度体系阻尼比为0时，推导出最优频率比以及最优阻尼比与质量比的关系；发现随着质量比增加，共振区范围相对扩大，但幅值减小。当阻尼比较小时，忽略摩擦的优化公式可供参考；当阻尼比较大时，依据数值搜索方法得出最优参数值，绘制优化设计曲线供设计参考。（3）对需计及摩擦效应的GMD，基于等效线性化思想和地震动的随机特性，推导出平稳过程下GMD的等效线性化模型。分别以高斯白噪声和Kanai-Tajimi地震动模型作为地震动激励，比较等效线性化方法和 SIMULINK 数值模拟计算的结果。结果表明，位移和速度标准差吻合度最好，时变位移和速度吻合度也较好，有效验证了等效线性化算法的正确性，分析了阻尼器的减震效果。

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作者
范涛;
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作者单位

天津大学;

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授予单位天津大学;
学科建筑与土木工程
授予学位硕士
导师姓名李宁,陈明阳;
年度 2017
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类计算技术、计算机技术;航空发动机（推进系统）;
关键词
线性化方法; 阻尼器; 优化设计方法;

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