[发明专利]一种基于Kramers-Kronig关系的TMDI和TMD统一设计的方法

说明书

本发明提出涉及一种基于Kramers‑Kronig关系的TMDI和TMD统一设计的方法，属于结构振动控制技术领域。所述复有效质量获取步骤用于提取TMDI对结构动力作用的复有效质量；所述复有效质量实部与虚部相互转换获取步骤用于获得TMDI的复有效质量实部与虚部相互转换表达式；所述等效TMD的质量、频率和阻尼比获取步骤用于得到等效TMD的质量、频率和阻尼比；所述等效主结构获取步骤用于将等效静质量加入受控结构的模态质量，得到等效主结构；所述TMDI的最优参数获取步骤用于得到TMDI的最优参数的。解决了现有技术中存在的TMDI独立于传统的TMD,TMDI和TMD无法统一的问题。

技术领域

本申请涉及一种TMDI和TMD统一设计的方法，尤其涉及一种基于Kramers-Kronig关系的TMDI和TMD统一设计的方法，属于结构振动控制技术领域。

背景技术

工程结构在外界动力荷载(如地震荷载、风荷载、车辆荷载和人群荷载等)的作用下可能会产生不利的振动，严重影响结构的安全和使用性能。为了降低结构的动力响应，常需要采用耗能减振装置对结构的振动进行控制。调谐质量阻尼器(TMD)由质量块、弹簧和阻尼器组成，由于结构简单、控制性能突出、成本相对较低等特点，是耗能减振装置的主要形式之一。在过去数十年中，国内外学者已经对TMD的减振机理和控制效果进行了大量研究，相关的理论体系和参数优化设计方法已经相对成熟。然而由于TMD是通过调谐来传递和耗散受控结构的能量，为实现良好的控制效果和鲁棒性，往往需要较大的质量比，这会对受控结构，特别是高柔性结构(如大跨桥梁、高层建筑等)，产生不利影响。此外，由于TMD的构造特点，其静伸长仅与自身频率有关，即在对低频结构竖向振动进行控制时，TMD由于过大的静伸长并不适用(如ω＝2rad/s，δ＝2.5m)。

近年来，一种双端质量元件(惯容器)被提出并用于工程结构的减振控制中。该装置通过滚珠丝杆、齿轮齿条、液压等构造将线性运动转换为高速转动，以实现远高于自身物理质量的“虚拟质量”。为加强传统TMD的控制性能，惯容器被用于连接TMD质量块与受控结构，形成了一种新型的惯容类阻尼器，即调谐质量阻尼器惯容器(TMDI)。由于惯容器具有负刚度效应和质量放大效应，能够显著降低TMD的静伸长，并在相同物理质量的情况下提升控制效果或在保证控制效果不变的情况下减少附加质量。国内外学者对TMDI的参数优化和针对不同结构不同激励下的控制效果进行了大量研究，研究表明TMDI对大跨桥梁的涡激振动、高层建筑的风致振动和地震响应、海上风力涡轮机的风浪流耦合振动等具有出色的控制效果。由于其性能突出，配置灵活，TMDI具有非常广阔的工程应用前景。

虽然已经有许多关于TMDI的参数优化方法，但是到目前为止，关于TMDI的研究仍在数值仿真层面，缺乏深入的理论研究，且相关研究均独立于传统的TMD。然而，由于惯容器的负刚度效应及其与弹簧、阻尼元件的平行连接，当系统振动时，惯容器的效应可以视为对弹簧刚度的折减，TMDI在本质上仍然是TMD。

因此，在理论层面建立TMDI与TMD之间的联系，将两者的参数设计进行统一具有重要意义。

发明内容

在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

鉴于此，为解决现有技术中存在的TMDI独立于传统的TMD,TMDI和TMD无法统一的技术问题，本发明提供一种基于Kramers-Kronig关系的TMDI和TMD统一设计的方法。

一种基于Kramers-Kronig关系的TMDI和TMD统一设计的方法，包括以下步骤：

S1.建立受控结构-TMDI的运动方程，得到系统的传递函数，提取TMDI对结构动力作用的复有效质量；

S2.基于Kramers-Kronig关系，获得TMDI的复有效质量实部与虚部相互转换表达式；