颗粒调谐质量阻尼系统对建筑结构的减振性能研究

颗粒调谐质量阻尼系统是对颗粒阻尼和调谐质量阻尼有机结合的新型阻尼系统，既能有效拓宽调谐质量阻尼的减振频带、提高减振效率和耐久性，又为颗粒阻尼的结构工程应用提供了实现途径。本课题通过振动台试验、风洞模型试验、数值分析以及参数优化对颗粒调谐质量阻尼系统的减振机理及应用于建筑结构振动控制的效果进行了研究，揭示了其工作机理和物理本质。五层钢框架的对比试验表明在不同地震作用下，颗粒调谐质量阻尼系统均能达到较好的减震效果，其中在上海人工波作用下的减震效果最好（均方根位移与加速度响应减震率分别达到72.17%与70.99%）；另外，合理的参数选取更有利于发挥颗粒调谐质量阻尼系统的性能，开展了附加颗粒调谐质量阻尼系统的气弹风洞试验（缩尺比为1：200），试验研究表明颗粒调谐质量阻尼系统对高层建筑风致振动响应有良好的减振控制效果，控制合理的颗粒密度、增加颗粒数量、加剧颗粒之间的碰撞等均可以提高其减振效果；基于多颗粒等效原则建立颗粒调谐质量阻尼器的数值模型，数值模拟结果与试验结果整体吻合较好，峰值加速度吻合较好，而均方根加速度也可以将误差控制在可接受的范围内；通过微分演化算法对颗粒调谐质量阻尼系统进行了全局优化，相比于传统设计，优化设计的减振率提高了约50%；最后，提出合理的实用设计方法，明确相应的核心技术、设计流程、构造、制作、安装和测试要求，并用于指导工程实践。本课题展示了颗粒调谐质量阻尼系统在土木工程应用的巨大前景，为土木结构振动控制的发展提供了另一种有效的途径，具有重要的理论意义和工程应用价值。

颗粒调谐质量阻尼系统是对颗粒阻尼和调谐质量阻尼有机结合的新型阻尼系统，既能有效拓宽调谐质量阻尼的减振频带、提高减振效率和耐久性，又为颗粒阻尼的结构工程应用提供了实现途径。本课题将探索该新型阻尼系统的减振机理及应用于建筑结构振动控制的效果。通过振动台和风洞模型试验，以及相应的数值理论分析，总结减振规律，揭示工作机理和物理本质，着重考察对于地震和风振的振动控制效果；建立建筑结构附加该阻尼系统的精细离散元模型和等效简化算法，进行参数敏感性分析及优化分析；提出合理的设计方法，明确相应的核心技术、设计流程、构造、制作、安装和测试要求，并用于指导工程实践。深入开展该组合减振技术的理论和试验研究，有助于透彻理解该类非线性系统的减振机理，对于提出一种新的建筑结构被动控制技术的解决方案具有重要的理论和工程意义。

永磁电机的减振降噪技术是一个国际公认的难题。本项目密切结合精密控制和军事装备等重要应用领域对高精度、低振动、低噪声的技术需求，根据永磁电机结构的对称性，拟采用相位调谐方法研究齿槽、磁极等结构单元的数量、形状和位置对动态特性的影响，揭示槽/极/相的数量、槽/极形状及其位置与振动噪声特性之间的映射关系，建立反映机电耦联振动本质的数调谐、形调谐和位调谐理论，进而给出基于该理论的槽/极/相等关键结构单元拓扑结构的具体优选原则，最终实现永磁电机的减振降噪。该研究对完善机电耦联振动理论、促进不同领域及学科的交叉、引领对称机构相位调谐关键技术的工程应用，都将起到重要的推动作用。

将调谐质量阻尼器(TMD)装入结构的目的是减少在外力作用F基本结构构件的消能要求值。在该情况下，这种减小是通过将结构振动的一些能量传递给以最简单的形式固定或连接在主要结构的辅助质量—弹簧—阻尼筒系统构成的TMD来完成的。