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阻尼力的舞者，揭秘土木结构中的振荡器阻尼器，下面是柳丝园a给大家的分享，一起来看看。

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文|柳丝园a

编辑|柳丝园a

振荡是两个极端量或多个不同状态之间的频繁运动。按照术语来说，振动正式用于描述机械振荡。振荡几乎发生在科学和工程的每个领域的动态系统中，例如地震、水波和风引起的结构振动、乐器中的振动弦以及人类心脏的跳动。

一些振荡是有害的，甚至是破坏性的;因此已经使用了许多设备和设施来减少结构的不良振动。常见的减少振荡措施是使用弹簧、橡胶、粘性阻尼器等。

振荡器阻尼器

振荡器阻尼器是一种设计用于抑制结构和机器振荡的装置，它的原理是使用质量振荡器产生作用在结构上的相反力以抵抗其振荡。

1909年，科学家弗拉姆提出了第一个弹簧和质量振荡器阻尼器系统，用于抑制谐波力引起的机械振动。1928年，登哈托格和奥蒙德罗伊德在Frahm振荡器阻尼器模型中增加了一定的阻尼，这是调谐质量阻尼器的原型。

登哈托格提供了调谐质量阻尼器的详细描述和设计公式。在早期，调谐质量阻尼器的应用主要集中在机械系统的振动问题上。

自1971年以来，调谐质量阻尼器系统已广泛应用于超高层建筑、塔楼、斜拉桥塔面、悬索桥等土木结构。这些应用表明，调谐质量阻尼器s可以有效减少风引起的结构振动。

然而调谐质量阻尼器s在地震应用中可能会遇到一些缺点：大行程和失谐问题以及短时间间隔内的大地震力。为了解决失谐问题，徐和伊古萨[4]提出了一种改进的减振器，称为多调谐质量阻尼器，对频率变化不太敏感。

科学家们还研究了M调谐质量阻尼器系统的参数优化和控制效率，并在1990年代建立了各种设计理论.调谐液体阻尼器是一种振荡器阻尼器，固体质量被液体取代。

它由部分装满液体的刚性矩形罐组成，其阻尼作用来自液体晃动力或力矩，可以改变结构的动态特性，降低系统受外部激励的动态响应.调谐液体阻尼器在土木结构振动控制中的应用在1980年代后期进行了研究。

在众多分析和实验研究的支持下，调谐液体阻尼器系统在减少风引起的结构振动方面的成功已经得到很好的证实。

调谐惯性阻尼器是调谐质量阻尼器的一种新形式，质量被惰性阻尼器取代。惰性器是一种双端子机械装置，其阻力与其端子的相对加速度成正比.

构成惰性的简单方法是让杆在直线轴承中滑动，该杆通过齿条、小齿轮和齿轮驱动飞轮。使用调谐惯性阻尼器的优势在于在内径中采用齿轮，这相当于放大了质量.调谐惯性阻尼器可用于减少受基座激励的土木结构中的振动。

2015年，贾拉利斯和玛丽安提出了经典调谐质量阻尼器的推广，引入了一个惰性：调谐质量阻尼器。调谐质量阻尼器I的工作原理与调谐惯性阻尼器相似，可用于减少随机载荷激发的结构振荡.

最近，提出了一种新型的有效装置，加速振荡器阻尼器，以抑制土木结构在地震荷载下的振动.加速振荡器阻尼器包括振荡器质量、传动、弹簧和粘性阻尼器。

附加振荡器的动能与其速度的平方成正比，齿条和齿轮传动系统扩大了振荡器质量的速度。

结果附加振荡器的动能被放大，导致结构的动能降低，以达到能量守恒原则。

研究发现，加速振荡器阻尼器系统在短时间荷载间隔或最大地震荷载下优于传统调谐质量阻尼器系统。

调谐质量阻尼器的概念由Frahm提出，并于1909年申请了美国的专利。经过100多年的发展，它已成为最受欢迎的阻尼器类型。在早期，调谐质量阻尼器的应用主要集中在机械系统的振动问题上。

自1971年以来，调谐质量阻尼器系统已广泛应用于超高层建筑、塔楼、斜拉桥塔面、悬索桥等土木结构。

M调谐质量阻尼器s的优点有很多，第一它与调谐质量阻尼器相比，M调谐质量阻尼器s更适合控制频率变化的结构振动，因为调谐质量阻尼器是单一频率的，而M调谐质量阻尼器由多个不同频率的调谐质量阻尼器组成，可以适应更宽的带宽，即更鲁棒。

第二M调谐质量阻尼器s比调谐质量阻尼器s更容易实现，因为单个调谐质量阻尼器的质量重量一般是主体结构质量的1-4%集中载荷大，这可能会对安装调谐质量阻尼器的建筑物造成局部损坏，但M调谐质量阻尼器由多个调谐质量阻尼器组成，有效地分散了质量的重量， 体积小，可实现;第三安装简单，维修方便，成本低。

但是M调谐质量阻尼器的参数优化更加困难。一个结构中应该使用多少个调谐质量阻尼器？如何选择每个调谐质量阻尼器的参数？每个调谐质量阻尼器应该安装在哪里？所有这些问题都应该得到妥善解决。而且，这些参数的选择会受到场地条件的影响，因此参数优化的问题还有待进一步研究。

调谐质量阻尼器和M调谐质量阻尼器已安装在高层建筑或人行天桥上，以减少风引起的振动。典型的例子包括：波士顿的约翰汉考克大厦、纽约市的花旗集团中心办公大楼、纽约市的公园大厦露台和台湾的台北101大厦.

其中质量被液体取代调谐液体阻尼器由部分装满液体的刚性矩形罐组成。其阻尼作用来自液体晃动力或力矩，可以改变结构的动态特性，降低系统受外界激励的动态响应。

通过将调谐液体阻尼器的基本晃动频率改变到接近结构的固有频率，惯性力可以作用于与外部激励力相反的方向，从而降低调谐液体阻尼器结构的响应。调谐液体阻尼器的固有频率可以通过调整液体的深度和容器的尺寸来控制。

由于调谐液体阻尼器与其他传统阻尼器相比具有许多优点，因此在许多应用中减少振动引起了很多关注。

它几乎不需要维护，并且易于安装在土木结构中[20].如果 调谐液体阻尼器 的深度比为 30.0，质量比为 15%，则典型 SDOF 结构的响应会降低约 4%。调谐液体阻尼器的应用已被用作被动控制设备，以控制风和地震引起的动态载荷下土木结构的振动。

调谐液体阻尼器由部分装满液体的刚性矩形罐组成。其阻尼作用来自液体晃动力或力矩，可以改变结构的动态特性，降低系统受外界激励的动态响应。

通过将调谐液体阻尼器的基本晃动频率改变到接近结构的固有频率，惯性力可以作用于与外部激励力相反的方向，从而降低调谐液体阻尼器结构的响应。调谐液体阻尼器的固有频率可以通过调整液体的深度和容器的尺寸来控制。

由于调谐液体阻尼器与其他传统阻尼器相比具有许多优点，因此在许多应用中减少振动引起了很多关注。它几乎不需要维护，并且易于安装在土木结构中[20].如果 调谐液体阻尼器 的深度比为 30.0，质量比为 15%，则典型 SDOF 结构的响应会降低约 4%。调谐液体阻尼器的应用已被用作被动控制设备，以控制风和地震引起的动态载荷下土木结构的振动。

随着计算机技术和现代控制理论的发展，结构控制技术从被动控制向主动控制和半主动控制延伸。基于被动控制调谐质量阻尼器，引入主动调谐质量阻尼器，利用外部动力源在结构上产生额外力，并提出优化程序来计算所需的控制力。

因此，A调谐质量阻尼器在抑制地震响应方面是有效的，并且通过适当使用反馈来更能防止失谐。自 1980 年代以来，土木工程结构的 A调谐质量阻尼器控制系统引起了相当大的关注.

A调谐质量阻尼器控制系统由三个子系统组成，即传感器、控制决策者和A调谐质量阻尼器设备。在对应于建筑模型的SDOF和阻尼器质量.

调谐惯性阻尼器是调谐质量阻尼器的一种新形式，质量被惰性阻尼器取代。惰性器是，，一种双端子机械装置，产生与其端子相对加速度成正比的阻力。构成惰性的简单方法是让杆在直线轴承中滑动，该杆通过齿条、小齿轮和齿轮驱动飞轮。

调谐惯性阻尼器为调谐质量阻尼器提供了一种有前途的替代方案，因为惯性器产生的力与其端子的相对加速度成正比，是齿轮的，并且可以产生比实际设备质量大得多的表观质量。

因此通过调谐惯性阻尼器获得的模态阻尼比可以高于传统的粘性阻尼器或调谐质量阻尼器获得的模态阻尼比。商用惰性检测器的表观质量与器件质量比为38，而调谐质量阻尼器的一般质量比为10%。

调谐质量阻尼器-惯性器可以看作是传统调谐质量阻尼器的推广，以减少随机载荷激发的结构振荡。调谐质量阻尼器I利用惰性的“质量放大效应”，实现了与传统调谐质量阻尼器相比的增强性能。

结果表明，优化设计的调谐质量阻尼器I系统在降低白噪声激发无阻尼SDOF初级结构位移方差方面比常规调谐质量阻尼器更有效。

调谐质量阻尼器I的主要应用是作为被动控制装置，抑制土木工程结构在动载荷下的振动，如车辆、风、雨、地震等。

最近提出了一种新型阻尼器装置，即加速振荡器阻尼器.加速振荡器阻尼器系统包括振荡器质量、传动、弹簧和粘性阻尼器。

初级结构的振荡运动通过齿轮传动传递，以扩大次级振荡器质量的速度。加速振荡器阻尼器不是驱动飞轮输入器，而是放大并将初级结构的运动转移到另一个比惯性质量更大的次级振荡器质量。

因此加速振荡器阻尼器可以获得与调谐惯性阻尼器和调谐质量阻尼器I相似的减振效果，但传动系统不需要非常高的传动比，这在工程实践中更容易实现。

[1] 电磁阻尼器的发展现状及应用前景[J]. 寇宝泉;金银锡;张赫;张鲁;张海林.中国电机工程学报,2015(12)

[2] 动力吸振器及其应用[M]. (日) 背户一登, 著.机械工业出版社.2013

[3]被动减震结构设计施工手册[M]. 日本社团法人, 日本免震构造协会, 编写.中国建筑工业出版社.2008

[4] 高比例新能源和电力电子设备电力系统的宽频振荡研究综述[J]. 马宁宁;谢小荣;贺静波;王衡.中国电机工程学报,2020(15)

[5] 基于录波曲线的电力系统低频振荡事故原因分析与抑制策略[J]. 方日升;林耀东;徐振华;黄霆;黄道姗;江伟;林济铿;张健.中国电力,2021(11)

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