طراحی میراگر جرمی بر پایه مفهوم سختی موهومی

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

دانشگاه آزاد اسلامی مشهد

چکیده

در این تحقیق، شیوه نوین برای کنترل سازه ها بر اساس طراحی مناسب میراگر جرمی تنظیم شده(Tuned Mass Damper  یا TMD)، ارائه می گردد. این فرآیند در دسته بندی روش های غیر فعال جا دارد و رابطه سازی آن بر پایه اصول دینامیک سازه ها انجام می پذیرد. طراحی پیشنهادی برای میراگر جرمی با رابطه سازی پاسخ پایدار سازه و ضریب بزرگنمایی دینامیکی آغاز می شود. رابطه صریح ضریب بزرگنمایی دینامیکی به یک معادله غیرخطی منجر می گردد که با حل آن، سه پاسخ برای سختی میراگر جرمی بدست می آید. با استفاده از اصول دینامیک سازه ها، مناسب ترین پاسخ برای سختی میراگر جرمی ارائه می گردد. این پاسخ موهومی است و نشانگر وجود میرایی می باشد. بر اساس این رابطه سازی، مقدارهای طراحی نوینی برای جرم، سختی و میرایی میراگر جرمی به دست می آید. سنجش شیوه نوین پیشنهادی در دو حالت تحلیلی و عددی انجام می پذیرد. نتایج تحلیلی و عددی نشان می دهد، طراحی میراگر جرمی برپایه شیوه پیشنهادی کارایی الگوریتم کنترل سازه را نسبت به دیگر روش های متداول، افزایش می دهد به گونه ای که نوسان های سازه در مدت کوتاه تری از بین می روند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

the TMD design based on complex stiffness theory

نویسندگان [English]

  • farid kordi
  • Javad Alamatian
چکیده [English]

In this paper, new approach for designing of TMD is presented. This method is categorized in passive control mechanism which is formulated based on structural dynamics theories. The proposed method tries to design the TMD's specifications based on studying the dynamic magnification factor. This formulation leads to complex stiffness which shows that the TMD has damping. Analytical and numerical verification are performed for verifying the proposed approach. These studies show that the proposed formulation has suitable efficiency in structural control so that structural vibrations are damped in few period of time.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Passive control
  • Tuned Mass Damper
  • Complex stiffness
1-      

[1]  Connor JJ. Introduction to Structural Motion Control. Prentice-Hall: Englewood Cliffs, NJ, 2003.

[2]  Frahm H. Device for damping of bodies. US Patent No: 989,958. 1911.

[3]  Ormondroyd J, Den Hartog JP. The theory of dynamic vibration absorber. Trans Am Soc Mech Eng        1928; 50:9–22.

[4]  Warburton GB, Ayorinde EO, 'Optimum absorber parameters for simple systems',  Earthq Eng and Structl Dyn, 1980; 8: 197-217

[5]  Thompson AG, 'Optimum tuning and damping of a dynamic vibration absorber appliedto a force excited and damped primary system', J Sound and Vibr, 1981; 11: 403-15.

[6]  Warburton GB, 'Optimal absorber parameters for various combinations of response and excitation    parameters',  Earthq Eng and Strutl Dyn, 1982; 10: 381-401.

[7]  Hadi MNS, Arfiadi Y, 'Optimum design of absorber for MDOF structures', J Structl Eng, ASCE 1998; 124(11): 1272-80.

[8]  Lee CL, Chen YT, Chung LL, Wang YP. Optimal design theories and applications oftuned mass dampers. Eng Struct 2006; 28(1), 43-53

[9]  Rana R, Soong TT, 'Parametric study and simplified design of tuned mass dampers', Eng Struct 1998;20:193–204.Yau J-D,

[10] Yang Y-B, 'A wideband MTMD system for reducing the dynamic response of continuous truss bridges to moving train loads', Eng Struct 2004;26:1795–807.

[11] Li C, Qu W, 'Optimum properties of multiple tuned mass dampers for reduction of translational and torsional response of structures subject to ground acceleration', Eng Struct 2006; 28:472–94.

[12] Y. Arfiadi a, and M.N.S. Hadi, 'Optimum placement and properties of tuned mass dampers using hybridgenetic algorithms ', Int. J. Optim. Civil Eng., 2011; 1:167-187.

[13] Michele Zilletti, Stephen J. Elliott, Emiliano Rustighi, 'Optimization of dynamic vibration absorbers to minimize kinetic energy and maximize internal power dissipation', Journal of Sound and Vibration, 331 (2012) 4093–4100.

[14] Chopra, A.K. (1995) Dynamics of Structures: Theory and Applications to Earthquake Engineering. Prentice-Hall.

[15] O. Nishihara, T. Asami, Closed-form solutions to the exact optimizations of dynamic vibration absorbers (minimizations of the maximum amplitude magnification factors), Journal of VibrationandAcoustics 124 (2002)576–582.

[16] Y. Iwata, On the construction of the dynamic vibration absorber, Japanese Society of Mechanical Engineering 820 (1982)150–152.

[17] H. Yamaguchi ,Damping of transient vibration by a dynamic absorber, Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers, Ser. C 54 (1988) 561–568.

[18] D.W. Miller, E.F. Crawley, B.A. Wards, Inertial Actuator Design for Maximum Passive and Active Energy Dissipation in Flexible Space Structures, in: Structures, Structural Dynamics, and Materials Conference American Institute of Aeronautics and Astronautics, Orlando FL, April 1985, pp. 536–544.

[19] S. Krenk, Frequency analysis of the tuned mass damper, Journal of Applied Mechanics 72 (2005)936–942.

[20] Alamatian, J., Rezaeepazhand, J., 2011. A simple approach for determination of actuator and sensor locations in smart structures subjected to the dynamic loads. International Journal of Engineering (IJE), 24:341-349.