一种非线性黏滞惯质阻尼器的参数设计方法及系统

本发明属于振动控制相关，更具体地，涉及一种非线性黏滞惯质阻尼器的参数设计方法及系统。

背景技术：

1、目前在工程上对于用于结构控制的阻尼器而言，往往在参数设计阶段都是考虑的线性参数设计，这可以大大简化参数设计的复杂度，提高设计效率。但线性参数设计并不能最大限度的发挥阻尼器性能，且在实际工程中，阻尼器元件很少有理想的线性情况，因此，非线性参数设计是更贴合实际情况且效果更好的方法。以拉索的多模态振动控制参数设计作为示例，因为随着斜拉桥跨径的增大，斜拉索也越来越长，许多拉索已经超过了600米，此时的线性参数设计无法满足多模态控制的需求，线性阻尼器难以对超长索较宽振动模态范围内均提供有效的控制。因此，寻找非线性参数设计的方法具有较强的现实意义和工程需求。

技术实现思路

1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种非线性黏滞惯质阻尼器的参数设计方法及系统，通过非线性参数设计的阻尼器能解决线性设计存在的不足，提高柔性结构的多模态减振控制性能。

2、为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种非线性黏滞惯质阻尼器的参数设计方法，所述非线性黏滞惯质阻尼器包括非线性阻尼器和惯质单元，其中所述非线性阻尼器和惯质单元并联，所述参数设计方法包括：s1：不断调整非线性阻尼力公式中的速度指数α，其中非线性阻尼力公式f为；

3、f＝cvα

4、其中，c为非线性阻尼器的阻尼系数，v为阻尼器端点速度；

5、s2：采用自由振动衰减法计算调整速度指数α后的低阶模态阻尼比，获取满足预设设计需求的速度指数α的预选范围；

6、s3：在所述预选范围内，获取不同速度指数α对应的高阶模态阻尼比的折减率δ，获得高阶模态阻尼比的折减率δ集，高阶模态阻尼比的折减率δ集中满足预设需求的最小折减率对应的速度指数δ即为目标速度指数。

7、优选地，步骤s3中获取不同速度指数α对应的高阶模态阻尼比的折减率δ，具体采用如下公式获取高阶模态阻尼比的折减率δ：

8、

9、其中，g(α)为伽马函数，为拉索没有安装阻尼器时的n阶自振频率，uxa为阻尼器安装位置的振动幅度，c为非线性阻尼器的阻尼系数，t为测试对象轴向拉力，xa为阻尼器的安装位置。

10、优选地，步骤s1中采用如下公式获得所述非线性阻尼器的阻尼系数c：

11、

12、其中，n为前n阶模态，l为测试对象的有效长度，m为测试对象单位长度的质量，t为测试对象轴向拉力，xa为阻尼器的安装位置。

13、优选地，步骤s1之前还包括获取非线性黏滞惯质阻尼器的理论模态阻尼比，若所述理论模态阻尼比中的低阶模态阻尼不满足预设设计需求，则执行步骤s1。

14、优选地，采用如下公式计算所述理论模态阻尼比ξ：

15、

16、其中，ω为振动频率，c为非线性阻尼器的阻尼系数，n为前n阶模态，l为测试对象的有效长度，m为测试对象单位长度的质量，xa为阻尼器的安装位置，t为测试对象轴向拉力，

17、本申请第二方面提供了一种非线性黏滞惯质阻尼器的参数设计系统，所述非线性黏滞惯质阻尼器包括非线性阻尼器和惯质单元，其中所述非线性阻尼器和惯质单元并联，所述参数设计系统包括：

18、调整模块：用于不断调整非线性阻尼力公式中的速度指数α，其中非线性阻尼力公式f为；

19、f＝cvα

20、其中，c为非线性阻尼器的阻尼系数，v为阻尼器端点速度；

21、计算模块：用于采用自由振动衰减法计算调整速度指数α后的低阶模态阻尼比，获取满足预设设计需求的速度指数α的预选范围；

22、获取模块：用于在所述预选范围内，获取不同速度指数α对应的高阶模态阻尼比的折减率δ，获得高阶模态阻尼比的折减率δ集，高阶模态阻尼比的折减率δ集中满足预设需求的最小折减率对应的速度指数δ即为目标速度指数。

23、优选地，获取模块中获取不同速度指数α对应的高阶模态阻尼比的折减率δ，具体采用如下公式获取高阶模态阻尼比的折减率δ：

24、

25、其中，g(α)为伽马函数，为拉索没有安装阻尼器时的n阶自振频率，uxa为阻尼器安装位置的振动幅度，ηn为c为非线性阻尼器的阻尼系数，t为测试对象轴向拉力，xa为阻尼器的安装位置。

26、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的一种非线性黏滞惯质阻尼器的参数设计方法及系统主要具有以下有益效果：

27、1.相比于传统的线性参数设计方法，本发明提出的非线性参数设计方法更加贴合实际工程的需求，且经过设计后能使粘滞惯质阻尼器达到更好的控制性能。

28、2.本申请通过不断调整速度指数获得满足低阶模态阻尼比的预选范围，而后在预选范围内进一步结合折减率筛选出满足高阶模态阻尼比的速度指数，进而设计的参数能同时满足低阶模态对于风雨振以及高阶模态对于涡振控制的要求。

29、3.本非线性阻尼器的阻尼系数c中，基于确定的线性参数进行非线性设计，通过自由振动衰减法等数值方法和衰减率等理论方法相结合，使得整体设计流程清晰，具有可操作性，大大降低了设计方的工作量。

技术特征：

1.一种非线性黏滞惯质阻尼器的参数设计方法，其特征在于，所述非线性黏滞惯质阻尼器包括非线性阻尼器和惯质单元，其中所述非线性阻尼器和惯质单元并联，所述参数设计方法包括：

2.根据权利要求1所述的参数设计方法，其特征在于，步骤s3中获取不同速度指数α对应的高阶模态阻尼比的折减率δ，具体采用如下公式获取高阶模态阻尼比的折减率δ：

3.根据权利要求1所述的参数设计方法，其特征在于，步骤s1中采用如下公式获得所述非线性阻尼器的阻尼系数c：

4.根据权利要求1所述的参数设计方法，其特征在于，步骤s1之前还包括获取非线性黏滞惯质阻尼器的理论模态阻尼比，若所述理论模态阻尼比中的低阶模态阻尼不满足预设设计需求，则执行步骤s1。

5.根据权利要求4所述的参数设计方法，其特征在于，采用如下公式计算所述理论模态阻尼比ξ：

6.一种非线性黏滞惯质阻尼器的参数设计系统，其特征在于，所述非线性黏滞惯质阻尼器包括非线性阻尼器和惯质单元，其中所述非线性阻尼器和惯质单元并联，所述参数设计系统包括：

7.根据权利要求6所述的参数设计系统，其特征在于，获取模块中获取不同速度指数α对应的高阶模态阻尼比的折减率δ，具体采用如下公式获取高阶模态阻尼比的折减率δ：

技术总结
本发明属于振动控制相关技术领域，其公开了一种非线性黏滞惯质阻尼器的参数设计方法及系统，参数设计方法包括：不断调整非线性阻尼力公式中的速度指数α，采用自由振动衰减法计算调整速度指数α后的低阶模态阻尼比，获取满足预设设计需求的速度指数α的预选范围；在所述预选范围内，获取不同速度指数α对应的高阶模态阻尼比的折减率δ，获得高阶模态阻尼比的折减率δ集，高阶模态阻尼比的折减率δ集中满足预设需求的最小折减率对应的速度指数δ即为目标速度指数。本申请通过非线性参数设计的阻尼器能解决线性设计存在的不足，提高柔性结构的多模态减振控制性能。

技术研发人员：沈文爱,龙振滔
受保护的技术使用者：华中科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11