CN116305606A - 一种调谐惯容电涡流阻尼器的参数优化设计方法 - Google Patents

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谭平
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Abstract

本发明公开了一种调谐惯容电涡流阻尼器的参数优化设计方法，涉及阻尼器设计技术领域，包括以下步骤：S01.确定结构动力参数；S02.根据结构动力参数计算结构的目标有效阻尼比；S03.根据结构动力参数和目标有效阻尼比计算惯容值、弹簧刚度与线性阻尼比；S04.假定临界速度；S05.根据假定临界速度、结构动力参数、线性阻尼比计算峰值阻尼力；S06.根据临界速度确定调谐惯容电涡流阻尼器的导体材料、厚度，根据峰值阻尼力确定永磁体规格、数量。本发明首次建立了调谐惯容电涡流阻尼器的参数优化公式，将调谐惯容电涡流阻尼器的作用等效为结构的有效阻尼比，便于工程设计人员进行应用。

Description

一种调谐惯容电涡流阻尼器的参数优化设计方法
技术领域
本发明属于阻尼器设计技术领域，具体涉及一种调谐惯容电涡流阻尼器的参数优化设计方法。
背景技术
阻尼器，是一种以提供阻力、耗减运动能量的装置，主要有液体阻尼器、气体阻尼器和电磁阻尼器三类。台北101大厦拥有全球首个最大外露的质量调谐阻尼器，调谐质量阻尼器是一种添加到房屋顶部的设备，用于增加房屋的阻尼，从而抑制风激振动，抵御高层气流。我们知道，外界的作用力会引起物体的振动，如果振动频率与物体固有频率相当，会导致共振现象，危害结构安全。调谐质量阻尼器是一个巨大的质量体，按照结构的固有频率设计，风荷载来临时，产生一个与结构振动方向相反的惯性力作用在结构上可以抵消振动。
然而，目前很多调谐类减震器均是在忽略结构阻尼时进行参数优化设计，例如调谐质量阻尼器TMD、调频液体阻尼器TLD等，同时很多研究采用减震比的概念对减震器或者阻尼器进行参数优化设计，减震比等于减震器设置后结构响应/减震器设置前结构响应，减震比的概念不利于工程应用。
发明人最近提交了一项发明专利“一种齿轮齿条式惯容电涡流阻尼器”专利号为202211136255.1，针对该发明，发明人本次提出了一种调谐惯容电涡流阻尼器的参数优化设计方法，旨在对其进行参数优化设计，便于齿轮齿条式惯容电涡流阻尼器的结构选型，方便其工程应用。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种调谐惯容电涡流阻尼器的参数优化设计方法，本发明首次建立了调谐惯容电涡流阻尼器的参数优化公式，将调谐惯容电涡流阻尼器的作用等效为结构的有效阻尼比，便于工程设计人员进行应用。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种调谐惯容电涡流阻尼器的参数优化设计方法，包括以下步骤：
S01.确定结构动力参数；
S02.根据结构动力参数计算结构的目标有效阻尼比；
S03.根据结构动力参数和目标有效阻尼比计算惯容值、弹簧刚度与线性阻尼比；
S04.假定临界速度；
S05.根据假定临界速度、结构动力参数、线性阻尼比计算峰值阻尼力；
S06.根据临界速度确定调谐惯容电涡流阻尼器的导体材料、厚度，根据峰值阻尼力确定永磁体规格、数量。
进一步的，所述结构动力参数包括结构质量ms，自振频率ωs，固有阻尼比ξs，以及结构目标均方根响应σT。
进一步的，有效阻尼比ξT的计算公式为：
Figure BDA0004026745330000021
其中，S0是白噪声激励的均匀功率谱密度。
进一步的，惯容值md的计算公式为：
Figure BDA0004026745330000022
其中，md是调谐惯容电涡流阻尼器的惯容值；μ＝md/ms可以理解为质量比，即调谐惯容电涡流阻尼器的惯容值/结构质量；γ＝ωd/ωs是频率比，即调谐惯容电涡流阻尼器的频率/结构的自振频率；调谐惯容电涡流阻尼器的频率
Figure BDA0004026745330000031
ξd是调谐惯容电涡流阻尼器的线性阻尼比；
弹簧刚度kd与线性阻尼比ξd的计算公式分别为：
Figure BDA0004026745330000032
进一步的，峰值阻尼力Fmax的计算公式为：
Figure BDA0004026745330000033
其中，vcr为假定临界速度。
进一步的，白噪声激励下，结构的有效阻尼比ξ不小于目标有效阻尼比ξT，如果不满足，则增加临界速度vcr，满足后进行下一步。
进一步的，地震作用下，结构均方根响应σ应不大于结构目标均方根响应σT，如果不满足，则增加惯容值。
本发明的有益效果为：
本发明首次建立了调谐惯容电涡流阻尼器的参数优化公式，将调谐惯容电涡流阻尼器的作用等效为结构的有效阻尼比，便于工程设计人员进行应用，在考虑结构固有阻尼比ξs情况下，依然可以对调谐惯容电涡流阻尼器进行参数优化设计，参数优化设计过程中均采用解析公式，不需繁琐的迭代求解或者数值求解，便于调谐惯容电涡流阻尼器的选型设计。
附图说明
图1为本发明流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
本发明提供了一种调谐惯容电涡流阻尼器的参数优化设计方法，包括以下步骤：
S01.确定结构动力参数，包括结构质量ms，自振频率ωs，固有阻尼比ξs，以及结构目标均方根响应σT；
S02.根据结构动力参数计算结构的目标有效阻尼比ξT，
Figure BDA0004026745330000041
其中，S0是白噪声激励的均匀功率谱密度；
S03.根据结构动力参数和目标有效阻尼比计算惯容值、弹簧刚度与线性阻尼比，
惯容值md的计算公式为：
Figure BDA0004026745330000051
其中，md是调谐惯容电涡流阻尼器的惯容值；μ＝md/ms可以理解为质量比，即调谐惯容电涡流阻尼器的惯容值/结构质量；γ＝ωd/ωs是频率比，即调谐惯容电涡流阻尼器的频率/结构的自振频率；调谐惯容电涡流阻尼器的频率
Figure BDA0004026745330000052
ξd是调谐惯容电涡流阻尼器的线性阻尼比；
弹簧刚度kd与线性阻尼比ξd的计算公式分别为：
Figure BDA0004026745330000053
S04.假定临界速度vcr；
S05.根据假定临界速度、结构动力参数、线性阻尼比计算峰值阻尼力Fmax
Figure BDA0004026745330000054
其中，β没有具体的物理意义，只是方便计算的代数式，调谐惯容电涡流阻尼器的弹簧刚度kd、惯容md、临界速度vcr、峰值阻尼力Fmax确定之后开始验证减震效果；
S07.根据临界速度vcr确定调谐惯容电涡流阻尼器的导体材料、厚度，根据峰值阻尼力Fmax确定永磁体规格、数量。
其中，白噪声激励下，结构的有效阻尼比ξ不小于目标有效阻尼比ξT，如果不满足，则增加临界速度vcr，满足后进行下一步。
其中，地震作用下，结构均方根响应σ不大于结构目标均方根响应σT，如果不满足，则增加惯容值。
以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种调谐惯容电涡流阻尼器的参数优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
S01.确定结构动力参数；
S02.根据结构动力参数计算结构的目标有效阻尼比；
S03.根据结构动力参数和目标有效阻尼比计算惯容值、弹簧刚度与线性阻尼比；
S04.假定临界速度；
S05.根据假定临界速度、结构动力参数、线性阻尼比计算峰值阻尼力；
S06.根据临界速度确定调谐惯容电涡流阻尼器的导体材料、厚度，根据峰值阻尼力确定永磁体规格、数量。
2.根据权利要求1所述的一种调谐惯容电涡流阻尼器的参数优化设计方法，其特征在于，所述结构动力参数包括结构质量ms，自振频率ωs，固有阻尼比ξs，以及结构目标均方根响应σT。
3.根据权利要求2所述的一种调谐惯容电涡流阻尼器的参数优化设计方法，其特征在于，目标有效阻尼比ξT的计算公式为：
Figure FDA0004026745320000011
其中，S0是白噪声激励的均匀功率谱密度。
4.根据权利要求3所述的一种调谐惯容电涡流阻尼器的参数优化设计方法，其特征在于，惯容值md的计算公式为：
Figure FDA0004026745320000021
其中，md为调谐惯容电涡流阻尼器的惯容值；μ＝md/ms为质量比，即调谐惯容电涡流阻尼器的惯容值/结构质量；γ＝ωd/ωs为频率比，即调谐惯容电涡流阻尼器的频率/结构的自振频率；调谐惯容电涡流阻尼器的频率
Figure FDA0004026745320000022
ξd是调谐惯容电涡流阻尼器的线性阻尼比；
弹簧刚度kd与线性阻尼比ξd的计算公式分别为：
Figure FDA0004026745320000023
5.根据权利要求4所述的一种调谐惯容电涡流阻尼器的参数优化设计方法，其特征在于，峰值阻尼力Fmax的计算公式为：
Figure FDA0004026745320000024
其中，vcr为假定临界速度。
6.根据权利要求5所述的一种调谐惯容电涡流阻尼器的参数优化设计方法，其特征在于，白噪声激励下，结构的有效阻尼比ξ不小于目标有效阻尼比ξT，如果不满足，则增加临界速度vcr，满足后进行下一步。
7.根据权利要求1所述的一种调谐惯容电涡流阻尼器的参数优化设计方法，其特征在于，地震作用下，结构均方根响应σ应不大于结构目标均方根响应σT，如果不满足，则增加惯容值。
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