分布式TMD对双密频结构的减振研究.docx
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1、分布式TMD对双密频结构的减振研究文永奎,胡九战,卢文良(北京交通大学土木建筑工程学院,北京100044)摘要:针对密集频率结构的减振问题,以典型的2自由度对称结构为例,研究基于压性能的梯度优化法对密集模态 振动减振的分布式TMD (tuned mass dampers)的参数优化和减振效果。建立适合闭环静力反馈控制的组合系统模型,将 基于压性能的梯度优化法扩展至分布式TMD的参数优化;定义针对密集模态振动的控制输出和无量纲评价指标,分析了控制输出的模态控制权重对优化参数和评价指标的影响,指出能使评价指标峰值相等的模态控制最优权重,进一步给出优化参数和评价指标随模态密集度的变化规律;与经典方法
2、对TMD的设计相对比,分析和验证了基于H2性能优化的分布式TMD的良好减振效果,并确认在TMD个数增多时基于压性能的梯度优化法将具有更佳的优化效果。关键词:密集频率结构;振动控制;参数优化;分布式TMD中国芬举县.1341 ana十就标短码.a引言实际工程中经常采用的对称、准对称或局部对称结构,往往会在一窄段频率范围内存在多阶模态。特别是,由空中廊桥联接的双子建筑或处于施工阶段由猫道联接的悬索桥主塔等结构,会出现典型的由两阶模态 组成的密集频率结构,即双密频结构;而 且该型结构因具有柔性大、阻尼小、低频等 特点,容易在外荷载激励下发生大幅振动。因此研究具有对称形式的双密频结构的减 振将具有重要
3、工程意义。而作为相对成熟的 减振措施,TMD因能适应于多种荷载作用 下的结构振动控制,被广泛应用。经典的TMD在设计时通常采用单自由 度主结构模型,即视结构为单自由度或将结构简化为单自由度系统。其中,Den hartog最早给出能使单自由度结构的稳态响应峰 值最小的TMD优化频率和阻尼比;Jacquot采用了广义质量比,将TMD的优化 结果推广到梁结构;Warburton假定结构 频率非密集分布,进一步将复杂连续结构简化为单自由度系统以优化TMD参数41。此外,为提高TMD减振的鲁棒性,多质量阻 尼器(Mutiple Tuned MassDampers, MTMD)的动力性能得到研究5罚,但M
4、TMD采用 心TMD对结构某阶频率调谐,且在该频率 一定范围内分布多个TMD的方式,仍是针 对单自由度主结构的减振。研究表明针对TMD设计的单自由度主结构模型,并不适用于密集频率结构的减振 设计I。为有效实现对密集频率结构的减振,AbE指出需要采用不少于所控模态数的多个TMD,且须考虑TMD的空间分布,并文章编号:给出了在合理布置条件下TMD参数的简化 计算方法,但未对TMD的参数优化问题进 行探讨。近年来,一些研究通过定义不同的目标函数并采用梯度优化的数值方法,实 现了对单自由度主结构减振的MTMD参数优化,大大提高了在参数较多时的优化效率6-8 o其中,Wamitchai以梁和板结构为例,
5、将Davidon-Fletcher-Powell优化算法进一步推广到多模态减振的TMD参数优化,给出了相应的优化结果和减振效果【。止匕外,文 永奎对定义的压性能目标,通过线性矩阵不等式实现对多阶频率调谐的TMD参数优 化,但在TMD个数多时优化的效率低下【。可见,针对密集频率结构的减振,己有的成果对多个TMD参数优化的过程、影响 因素以及减振性能评价等方面的研究仍有 不足,尚待深入探讨。本文以经典的对称2自由度双密频结构为例,基于压性能的梯度优化法,研究针对多阶模态减振且空间布 置的分布式TMD的参数优化,阐明模态控制权重和模态密集度等因素对优化结果和 减振效果的影响。在建立适合闭环静力反馈
6、控制的组合系统模型的基础上,将基于H2性能的梯度优化法扩展至分布式TMD的参数优化;定义结构多模态振动的无量纲响应作为评价指标,以广义模态坐标响应构成控 制输出向量,分析并指出能使评价指标峰值 相等的模态控制最优权重,给出优化参数和其中,md =diagm6.%J 和4N) =0di (t)减振性能随模态密集度的变化规律;与经典单TMD设计等方法相对比,分析并验证基 于压性能优化的分布式TMD的减振效果,并确认在TMD个数增多时基于H2性能的梯度优化法的优化效果。1系统模型为实现对密集频率结构的减振分析,本文考虑一个典型的2自由度对称主结构1, 9o如图1所示,主结构也2个相同的主振子组 成,
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- 关 键 词:
- 分布式 TMD 双密频 结构 研究
