悬索桥线性液体黏滞阻尼器阻尼系数优化

将悬索桥加劲梁纵向运动简化为若干相互独立的单自由度振动系统,采用随机振动理论,利用将地震激励简化为平稳白噪声激励的方法推导了加劲梁纵向运动绝对加速度均方的解析表达式.利用导数求极值的原理,求出了加劲梁纵向运动绝对加速度均方的最小值及其对应的系统最优阻尼比,得到了悬索桥线性液体黏滞阻尼器最优阻尼系数的解析表达式,并以某悬索桥为例,采用动力时程法进行了参数敏感性分析,验证了解析表达式的有效性.分析结果表明:悬索桥线性液体黏滞阻尼器存在理论上的最优阻尼比0.5,其对应的最优阻尼系数使阻尼器的减震效率达到最大值;当阻尼比为0.3时,阻尼器的减震效率达到最优阻尼比的90％;当阻尼比在0.4～0.6之间时,阻尼器的减震效率基本保持在最优阻尼比的99％.综合考虑地震动强度、阻尼器冲程及造价等因素,线性液体黏滞阻尼器的最优阻尼系数可在阻尼比为0.4～0.6对应的范围内适当调整.     

某三跨斜拉桥纵向设置液体黏滞阻尼器阻尼系数优化

以某跨海大桥为例，采用有限元软件MIDAS建立三维空间有限元模型，考虑桩-土效应，研究在地震荷载作用下，阻尼器的阻尼比与阻尼指数之间的关系。根据能量等效原理，推导出非 线性阻尼器最优阻尼系数，提出一种阻尼器参数优化的新方法。研究发现：当桥梁设置线性黏滞阻尼器时，体系的最优阻尼比近似等于0.5，与不设置黏滞阻尼器且阻尼比为0.05 时的耗能能力近似相等；当阻尼器为非线性时，随着阻尼指数的增大，最优阻尼系数逐渐减小，结构位移逐渐增大；非线性阻尼器的减震效果优于线性阻尼器。这种阻尼器参数优化的新方法不仅可以大大减少计算时间，而且可以直接得到最优阻尼系数和最优阻尼比。     

基于随机振动的液体黏滞阻尼器参数优化

为克服参数敏感性分析方法在研究液体黏滞阻尼器最优阻尼参数时计算工作量大、分析效率低的缺点,利用随机振动理论推导了桥梁上部结构振动系统的理论最优阻尼比,得到了线性液体黏滞阻尼器最优阻尼系数的解析表达式.采用能量等效原理,进一步推导了非线性液体粘滞阻尼器的最优阻尼系数的解析表达式.以某连续梁桥为例,采用动力时程法分析了参数的敏感性.分析结果表明:桥梁用线性液体粘滞阻尼器存在理论上的最优阻尼比0.5,其对应的阻尼系数可以使阻尼器的减震效率达到最大值.与线性阻尼器相比,非线性阻尼器的最优阻尼系数和最优阻尼力分别降低了55%~67%及16%~22%.      

摄动结构中基于H∞范数的调液阻尼器减震优化设计

为了减小建筑结构在地震作用下的振动,对调液柱型阻尼器的质量比、频率比和阻尼比进行优化设计.以5层框架建筑结构为例,考虑结构参数的摄动,将优化目标设为地震动到结构动力响应传递函数的H∞范数,得到调液柱型阻尼器最优质量比、频率比和阻尼比的数值分别为0.022 801、0.909 070和0.098 655.采用此最优值,对控制体系的鲁棒性进行验证.结果表明:在频域和时域内,控制系统在地震动作用下对结构参数摄动均具有良好的鲁棒性;当系统的质量、阻尼和刚度的最大摄动量分别达到30%时,系统仍能保持7%以上的减震水平.      

粘阻尼弹簧阻尼器特性的试验研究

介绍了粘阻尼弹簧阻尼器特性的试验研究．对阻尼器不同孔径进行了对比试验，试验结果表明：随着活塞孔径的增大，阻尼器的损耗因子和阻尼比减小，共振频率增加．阻尼器安装框架的固有频率尽可能高，以减少其对系统的影响．粘阻尼弹簧阻尼器性能的试验结果为提高减振性能提供了依据和验证．     

徐盐新洋港斜拉桥地震响应及减震分析

通过对不同体系抗震设计经济成本、不同减震措施的减震率、粘滞阻尼器参数等方面进行研究分析,确定徐盐高速铁路新洋港大桥合理、经济的抗震设计方案,为今后类似斜拉桥的抗震设计提供参考。研究结果表明:结合桥址地质条件,支承体系抗震设计相关成本为半漂浮体系的1.3倍左右;粘滞阻尼器对塔底弯矩及梁端位移的减震率均在40%以上,而摩擦摆支座减震率仅在10%左右;对粘滞阻尼器进行了参数分析,塔底弯矩-阻尼系数曲线存在拐点,塔底弯矩先减小后增大;梁端纵向位移与阻尼系数呈负相关关系,与阻尼指数呈正相关关系。综合生产条件及经济成本考虑,建议粘滞阻尼器参数选为C=4 000 kN·(m·s~(-1))~α,阻尼指数α=0.2。     

辅助索接地的简化索网-阻尼器系统的阻尼和频率

索网-阻尼器-接地辅助索系统的振动特性研究对于拉索减振问题具有重要的工程应用价值.本文建立了由2根水平拉索和1根锚固于桥面的辅助索组成的简化索网系统,将辅助索简化为线性弹簧单元,基于弦理论,由拉索锚固端的位移边界条件和阻尼器、辅助索安装位置处位移及力的连续条件,推导得索网系统的复特征值方程,并由此求得阻尼和频率的数值解.以3、4阶振动模态为例,讨论了弹簧刚度、安装位置对最大模态阻尼比、阻尼器的最优阻尼系数和相应振动频率的影响.研究结果表明,索网系统的各阶模态存在奇数阶和偶数阶两种模态,两种振动模态具有不同的振动特性.随着辅助索与桥面连接段刚度的增加,最大模态阻尼比可能的取值上限将增加至单索-阻尼器系统的最大模态阻尼比值的2.0~2.4倍,但辅助索可选择的优化安装区间则变得更为狭窄和分散.      

随机地震动下粘滞阻尼减震结构振动台试验研究

为研究随机激励作用时粘滞阻尼器在结构中的实际减振效果,开展了随机地震动作用下粘滞阻尼减震结构振动台试验研究. 振动台试验中,采用基于物理随机地震动模型生成的地震动样本作为台面输入. 通过对有控和无控模型结构响应的均值、标准差以及概率密度函数等进行比较,系统分析了粘滞阻尼器的消能减震效果. 结果表明:有控模型结构层间位移响应显著减小,楼层剪力均方根值取得一定的减振效果,而大多数楼层绝对加速度响应出现不同程度增大;随机地震动作用下模型结构动力响应的变异性显著,且不同试验地震动样本输入时粘滞阻尼器取得的减振效果不同;粘滞阻尼器-钢支撑系统工作时能给被控结构提供一定的附加刚度和附加阻尼,使得结构动力特性产生变化,进而改变结构地震响应;有控模型结构底层位移响应的均值及标准差在地震动作用时段内均显著减小,且底层位移响应在各时刻的概率密度函数的分布宽度及其形态较无控时发生明显变化.      

基于自由振动的钢弹簧浮置板阻尼比测试分析

在钢弹簧隔振器正上方放置一个混凝土质量块,形成单自由度的质量—弹簧—阻尼系统,对单自由度系统的自由振动进行理论分析。采用锤击法进行激振,根据其自由振动衰减曲线,对钢弹簧浮置板进行阻尼比测试。同时分别对质量块施加大、中、小3种不同等级的锤击力,分析不同锤击力对阻尼比测试结果的影响。测试结果表明:锤击法自由振动可以较好地测试钢弹簧浮置板的阻尼比;采用自由振动法测试阻尼比时,自由振动波形间隔取2~4个较为合适;锤击力的大小对阻尼比的测试结果影响较小,试验时可不区分激振力的大小。     

新型减震梁柱节点及其框架结构抗震性能研究

提出了一种新型减震节点型阻尼器,提高了节点及框架结构的抗震性能,并采用多尺度建模方法结合已有试验结果验证了其准确性,进而研究新型减震节点型阻尼器的抗震性能,并将其应用于钢筋混凝土平面框架结构.研究结果表明:设置新型减震节点型阻尼器后节点承载能力显著提高,耗能曲板环向开孔厚度为10和20 mm时梁柱节点的承载力较未设阻尼器的节点承载力分别提高8.3％和9.7％;将该新型减震节点型阻尼器应用于框架结构,能够有效降低结构的地震响应,当峰值加速度取为罕遇地震条件下的0.4 g时,耗能曲板环向开孔厚度设为1、2、4 mm时的有控结构顶点位移比无控结构分别减小53.8％、68.9％和70.4％,结构层间位移角最大值及底部剪力最大值均有明显减小.所提出的新型减震节点型阻尼器可有效降低结构的地震响应,为结构减震提供必要的参考和依据.     

惯容悬挂元件对铁路车辆垂向振动的影响

惯容是一种新型的悬挂元件,其具有两个独立、自由的端点。介绍了惯容的概念以及一种机械结构的实现方式。在Matlab/Simulink中建立了含有惯容悬挂元件的铁路车辆垂向动力学仿真模型。对该模型施加脉冲和随机两种轨道不平顺激励,选取一定范围的惯容系数,分析其对车体垂向振动的影响。在随机激励下,分析了二系垂向刚度和阻尼系数变化时,惯容系数对车体垂向平稳性的影响。分析结果表明：当惯容系数取值在一定范围内时,其对车体垂向振动具有明显的抑制作用。     

磁流变半主动座椅悬架建模及振动特性分析

磁流变阻尼器力学模型及控制电流逆模型对半主动控制系统的控制精度具有重要影响.采用正弦及余弦型魔术公式，基于骨架曲线与滞回分离的建模方法，建立改进的磁流变阻尼器动态阻尼力模型；采用基于Sobol序列的差分-禁忌混合优化算法对阻尼力模型进行参数识别，构建包含激励特性及控制电流参数的通用数学模型；在试验测试及正向模型基础上，利用自适应神经模糊系统建立阻尼器控制电流逆模型.研究结果表明：本文建立的正逆模型均能够有效表征磁流变阻尼器的非线性行为及滞回特性；改进魔术公式模型在不同激励特性及电流工况下的平均百分比误差在3.4%附近变化；逆向动力学模型计算的控制电流误差均方根值为0.086 9～0.1171 A；经过控制电流逆模型与阻尼器正向模型串联模型计算的预测阻尼力误差均方根值为阻尼器最大阻尼力的5.6%；通过试验测试与仿真结果对比，验证了本文提出的阻尼器数学模型具有较好的精度和适用性，能够改善座椅悬架系统振动传递特性.     

新型交叉式静音钢轨的理论与试验研究

为降低轮轨噪音,提出了一种新型交叉式静音钢轨.与传统的静音钢轨不同,其在钢轨和阻尼层之间增加了一层扩展层,且扩展层与约束层交错布置.采用有限元法对该结构进行了优化设计,根据优化结果(扩展层宜用厚1 mm的铝材,阻尼层宜用IPN型阻尼材料,约束层宜用厚2 mm的钢材)制作实物并进行了试验测试.测试结果表明:在垂向和横向激励下,该交叉式静音钢轨振动持续的时间仅为标准钢轨的1/5,噪声声辐射声压级分别比标准钢轨降低10.4和13.2 dB.      

带输送机边主梁涡振性能及抑振措施试验研究

桥面输送机改变了边主梁的气动外形，为研究其涡振性能及抑振措施，开展了1.00∶20.00刚性节段模型自由悬挂风洞试验. 首先，研究了带输送机边主梁断面涡振性能，并测试了结构阻尼比对其的影响；其次，对比了有、无输送带边主梁的涡振性能；最后，采用风嘴、梁底稳定板、水平隔流板等气动措施对主梁断面涡振性能进行了优化研究. 结果表明:带输送机边主梁在规范要求的0°、±3° 风攻角下的涡振性能均较差，最大超出规范限值286%；桥面输送机降低了主梁的涡振稳定性，涡振响应峰值提高了44%；梁底安装稳定板有利于改善主梁的涡振性能，并且与梁底同高的稳定板制振效果随其数量的增加而更优，安装3道1.5 m下稳定板对主梁涡振抑制效果达93%；伸出梁底0.5 m的2.0 m高中央稳定板能完全抑制主梁涡振；风嘴对主梁的涡振性能影响较弱，但在一定范围内具有最优角度取值；梁底单独布置水平隔流板，涡振响应峰值降低17%；优化主梁截面采用风嘴 + 风嘴水平分流板 + 1 m宽水平隔流板，主梁涡振响应峰值降低92%，且远低于规范限值.      

流固冲击载荷下加筋板非线性动力响应与敏感度分析

在考虑大变形、忽略阻尼的影响下,基于有限元软件ANSYS分析了加筋板在流固冲击载荷下的非线性瞬态响应.不仅将不同的冲击载荷形式,譬如阶跃载荷和三角形载荷,与流固冲击载荷对加筋板动力特性的影响进行了比较,还分别讨论了载荷峰值、冲击载荷持续时间、板厚、加强筋材料体积比和截面宽高比的影响,并对它们作了敏感度分析.     

新型Halbach阵列永磁电动悬浮系统垂向稳定性

针对永磁电动悬浮系统的垂向动态稳定性问题, 研究了永磁电动悬浮系统的临界稳定特性; 提出了一种永磁铁加常导线圈混合构成的新型Halbach阵列, 通过在永磁体表面缠绕有源常导线圈, 实现了永磁电动悬浮系统阻尼的主动控制, 并对比了新型Halbach阵列与其他2种主动电磁阻尼控制方案; 建立了新型Halbach阵列永磁电动悬浮系统垂向动力学模型, 并采用经典PID闭环控制方法设计了悬浮控制器, 分别在无外界干扰、外界扰动力干扰和轨道不平顺干扰3种情况下仿真分析了该系统的垂向动态稳定性。研究结果表明: 永磁电动悬浮系统在扰动力作用下将进行等幅震荡而不能稳定悬浮, 连续扰动力干扰下甚至可能撞轨; 提出的新型Halbach阵列具有磁场耦合计算方便、力调节范围大的优点; 设计的悬浮控制器能使系统稳定悬浮于额定气隙0.03 m的平衡位置, 且线圈电流为0, 不产生损耗, 仿真分析所得系统悬浮气隙和线圈电流与理论分析结果的相对误差小于0.01%;当出现轨道不平顺干扰时, 系统能快速稳定悬浮于额定气隙0.03 m的平衡位置, 稳定后的线圈电流仍为0, 实现了永磁电动悬浮系统的零功率平衡; 当外界扰动力为±1 500 N时, 系统能快速稳定悬浮于额定气隙0.03 m的平衡位置, 稳定后的线圈电流分别为29.68和-30.40 A, 表明新型Halbach阵列永磁电动悬浮系统能够实现垂向动态稳定。      

水中复杂结构局部振动特性研究

讨论静水中板状组件的局部振动特性。比较了结构在空气中的局部振动频率与在水中的局部振动频率的变化趋势。当结构在静水中振动时，如采用流体有限元来计算流体的附加质量和附加阻尼，势必导致解题规模过大。本文用基于小参数展开法导出的两平行板间隙内流体的附加质量及附加阻尼系数的解析表达式来构造流体的附加质量阵和附加阻尼阵。这种处理法极大降低了解题规模。另外，还讨论了结构在静水中振动时，附加质量和附加阻尼对结构自     

横向互联空气悬架多智能体减振器系统博弈控制

为进一步改善横向互联空气悬架车辆的行驶平顺性和操纵稳定性, 基于多智能体理论和合作博弈Shapley值原理构建多智能体减振器控制系统; 多智能体减振器控制系统由信息发布智能体、平顺性智能体、操稳性智能体和博弈协调智能体组成, 其中信息发布智能体从环境中获取车辆状态信息, 根据下层智能体的信息需求传递信息, 平顺性智能体接收悬架动行程及其变化率信息, 根据平顺性控制要求, 输出自身的阻尼系数意图, 操稳性智能体接收当前互联状态信息触发对应的推理模块, 根据车身侧倾角信息求解需求的阻尼系数, 其中推理模块是通过对遗传算法优化出的阻尼系数进行模糊神经网络自学习形成的, 博弈协调智能体接收平顺性智能体与操稳性智能体的阻尼意图, 根据自身的合作博弈规则, 对阻尼意图进行修正, 输出全局最优阻尼系数; 在不同互联状态、不同激励条件下进行空气悬架静、动态特性试验研究, 并将试验结果与仿真结果进行对比, 验证仿真模型的准确性; 在混合工况下, 利用整车仿真模型验证多智能体减振器控制系统的可行性和有效性。研究结果表明: 和传统减振器阻尼控制系统相比, 多智能体减振器控制系统能有效地使簧载质量加速度均方根值降低14.95%, 悬架动行程均方根值降低10.64%, 车身侧倾角均方根值降低12.33%。提出的多智能体减振器控制系统改善了车辆行驶平顺性和乘坐舒适性, 并且能够抑制车身的侧倾, 提高整车的操纵稳定性。