电磁惯质阻尼器(EMID)对结构的减振性能与位置优化研究

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在我们生活的自然环境周围,强风,暴雨,海啸,地震等对结构存在破坏性的外界激励作用无处不在,土木工程结构往往在这些外界激励作用下,极易产生较为强烈的振动现象,大幅振动容易导致结构的损伤,以至于影响结构的安全性和舒适性,同时减少了结构的使用年限。随着科学技术的发展,高层建筑越来越多,大跨度桥梁日益增加,振动控制技术显得愈发重要,因此,本文在基于传统电磁阻尼器与惯质阻尼器的基础上提出了一种利用滚珠丝杠机构、旋转飞轮、变速箱、电机等组成的电磁惯质阻尼器(Electromagnetic inerter damper,EMID),其通过旋转飞轮来起到一个质量放大的效果,不仅具有电磁耗能和惯质的双重复合作用,还具备着能量收集与半主动控制的潜在功能,与传统的电磁阻尼器相比其在减震性能上有着更好表现。本文研究课题基于国家自然科学基金,开展了电磁惯质阻尼器力学试验与减振试验、以及位置优化仿真分析。主要研究内容和成果有:(1)介绍了结构振动控制技术、电磁阻尼器、惯质以及阻尼器安装位置优化的国内外研究现状,明确了本课题的研究目的与意义。(2)阐述了EMID的基本构造和减振原理,建立了EMID的力学模型,设计并开展了EMID的力学试验,分析了激励频率、激励振幅、惯质系数和电磁阻尼系数四种控制参数对EMID力学性能的影响。(3)建立EMID-结构耦合系统运动方程,数值仿真分析自由振动下EMID的减振效果,设计了EMID-结构耦合系统模型,开展了EMID自由振动减振试验。(4)基于第三章模型,开展了EMID简谐激励下减振试验,并将试验结果与仿真分析结果进行了比较。(5)建立了EMID与多自由度结构耦合系统的动力学模型,采用了遗传算法、迭代法、权系数布置三种优化方法开展十自由度结构EMID位置优化,并利用四种评价指标对优化结果进行对比分析,最后进行了十自由度结构控制EMID参数变量分析。
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