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強非線形性要素と大質量比の仮想質量要素を組み合わせた振動制御に関する基礎的研究

机译:大质量比强非线性要素与虚拟质量要素相结合的振动控制基础研究

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摘要

In this paper, a new type of vibration control system containing a strongly nonlinear stiffness and a large virtual mass (NLVM) is proposed. The NLVM has the following features.:(1)Alarge virtual mass ratio reduces response accelerations. (2) A strongly nonlinear stiffness avoids a resonance phenomenon and reduces response displacements. In order to investigate the performance of the NLVM, the shooting method and numerical continuation techniques are used to examine the resonance curves while direct time integration is used to examine the transient behavior of a dynamic system. In conclusion, the NLVM system can reduce structural response quite effectively.%パッシブ制振システムは、簡単な機構、低コスト、エネルギー供給が不要であるという特徴がある。周期的な荷重を受ける線形パッシブ制振については、Hartogによる定点理論の発表後、現在まで多種の動吸振器が提案され、厳密解や近似解としてまとめられている。蔭山らは連結部に粘性ダンパーと連結バネを用いた連結制振を対象に定点理論を用いて最適解を陽な形で誘導した。定点理論においては付加質量が必要となるが、建物内での配置スペース等を考慮すると比較的小さな質量比μ(付加質量/主架構質量)にならざるを得なかった。近年、回転慣性要素を用いた制振装置の研究も盛んに進められ、ボールねじ等を用いて軸方向変位を回転変位に変換する装置も実用化されている。その装置では回転体部分の質量の数千倍もの仮想質量を実現しており、装置もコンパクトにでき、仮想質量のため地震力も増加しない。磯田らは、並列型、直列型、並列+直列型の3つの回転慣性要素の組み込み形状について検討し伝達関数として整理した。郭らはダイナミック•マスを利用したシステムに関する研究を、五十子らは同調粘性マスダンパーに関する研究を進めている。橋本らは免震層に大質量比(μ=1,3)のTMDを有する免震建物の検討を行い、回転慣性質量ダンパーが長周期地震を受ける場合の変位低減に有効であることを示した。また、磯田らは慣性質量ダンパーを組み込んだ低層集中制震の研究の例題として質量比4以上の場合について検討している。しかし、大質量比を有するTMDについての研究は極めて少ないのが現状である。
机译:本文提出了一种具有强非线性刚度和大虚质量(NLVM)的新型振动控制系统,该NLVM具有以下特征:(1)大虚质量比降低了响应加速度。(2)A为了研究NLVM的性能,射击方法和数值连续技术用于检查共振曲线,而直接时间积分用于检查动力学的瞬态行为。总之,NLVM系统可以相当有效地降低结构响应。%被动振动控制系统的特点是机构简单,成本低廉,无需能源供应。关于循环载荷下的线性被动振动控制,已经提出了各种类型的动态吸振器,并在Hartog提出不动点理论后,将其作为精确和近似的解决方案。 Kageyama等人通过使用定点理论,通过粘性阻尼器和接头中的耦合弹簧的耦合阻尼,以显式形式得出了最优解。在定点理论中,需要额外的质量,但是考虑到建筑物中的布置空间,不可避免的是相对较小的质量比μ(附加质量/主框架质量)。近年来,积极地研究了使用旋转惯性元件的减振装置,并且使用滚珠丝杠等将轴向位移转换为旋转位移的装置已经投入实际使用。该装置实现的虚拟质量是旋转体质量的几千倍,并且该装置可以做得紧凑,因此由于该虚拟质量,地震力不会增加。 Isoda等人研究了三种类型的旋转惯性元件的内置形状:平行型,串联型和平行+串联型,并将它们布置为传递函数。 Guo等人正在研究使用动态质量的系统,而Fukugo等人正在研究调节粘性质量阻尼器。 Hashimoto等人研究了在基础隔离层中具有较大质量比(μ= 1,3)的TMD的基础隔离建筑,并显示了旋转惯性质量阻尼器在遭受长期地震时可有效减少位移。它是另外,Isoda等人正在研究质量比为4或更大的情况,作为结合惯性质量阻尼器的低层集中地震控制研究的一个例子。然而,目前很少有关于具有大质量比的TMD的研究。

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