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原文传递电涡流阻尼器理论研究及其在桥梁竖向涡振控制中的应用

论文题名：	电涡流阻尼器理论研究及其在桥梁竖向涡振控制中的应用
关键词：	大跨度桥梁;涡振控制;电涡流阻尼器;工作性能
摘要：	电涡流阻尼器是一种利用电涡流原理制成的耗能减振装置，具有结构简单、耐久性好、维护要求低和使用寿命长等优点。但是与传统的被动耗能减振装置相比，电涡流阻尼器的耗能密度很低，因此长期以来难以在大型土木工程结构的振动控制中进行应用。为了深刻认识电涡流阻尼器的工作性能，提高电涡流阻尼器的耗能密度，推进它在土木工程领域的应用，本文对已有的板式电涡流阻尼器的工作性能进行了系统地分析，开发了新型的滚珠丝杠式轴向电涡流阻尼器，并讨论了它们在大跨度桥梁竖向涡振控制中的应用。本文的主要内容和研究成果如下: 　　1.对板式电涡流阻尼器进行了理论分析。推导了板式电涡流阻尼器的低速阻尼力理论计算公式，基于理论计算公式对板式电涡流阻尼器的阻尼性能进行了无量纲参数分析，揭示了导体板背铁和磁体背铁对提高板式电涡流阻尼器耗能密度的显著作用，得到了导体板的合理尺寸、永磁体的最优磁极形状和永磁体的最优空间布置方式。　　2.对板式电涡流阻尼器进行了电磁有限元分析。揭示了背铁的电磁场特性和永磁体的相对磁导率对板式电涡流阻尼器阻尼性能的影响规律。分析了板式电涡流阻尼器的阻尼力速度特性，并由此建立了板式电涡流阻尼器的非线性数学模型。通过上述非线性数学模型分析了电涡流调谐质量减振器(ECTMD)的减振控制效果，结果表明在常遇工作条件下板式电涡流阻尼器的速度非线性很弱，ECTMD可以按线性TMD理论设计。　　3.开发了一种滚珠丝杠式轴向电涡流阻尼器。采用电磁有限元方法对轴向电涡流阻尼力的速度非线性进行了参数分析，揭示了导体圆盘和永磁体的设计参数对最大轴向电涡流阻尼力、临界速度和初始阻尼系数的影响规律。基于参数分析的结果提出了滚珠丝杠式轴向电涡流阻尼器的数学模型，发现了一种改善滚珠丝杠式轴向电涡流阻尼器高速阻尼性能的方法;制作了滚珠丝杠式轴向电涡流阻尼器的小型样机，对其工作性能进行了试验研究。　　4.研究了ECTMD在桥梁竖向涡振控制中的应用。建立了多重调谐电涡流质量减振器(MECTMD)的参数优化设计方法，证明了采用MECTMD进行桥梁涡振控制的优点;通过节段模型风洞试验研究了ECTMD对桥梁竖向涡振的控制效果，揭示了TMD自身的频率比和阻尼比对涡振控制效果的影响;讨论了桥梁竖向涡振限值的合理取值，分析表明桥梁的竖向涡振限值主要取决于桥上工作人员的振动舒适性和保障行车安全的视距要求。　　5.研究了调谐质量黏滞阻尼器(TVMD)和旋转惯性双重调谐质量减振器(RIDTMD)对桥梁竖向涡振的控制效果。使用Scanlan经验非线性涡激力模型，从自激系统稳定性的角度推导了TVMD和RIDTMD的最优参数，并比较了它们和TMD的控制效果，结果表明TVMD和RIDTMD发挥了三元减振理论的优势，具有比TMD更好的控制效果。推导了桥梁—TVMD系统和桥梁—RIDTMD系统的单一Hofp分岔涡振响应计算公式，进行了算例分析，结果表明TVMD、RIDTMD和TMD都能够有效地减小桥梁的单一Hopf分岔涡振响应。
作者：	黄智文
专业：	土木工程
导师：	陈政清
授予学位：	博士
授予学位单位：	湖南大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文