Nghiên cứu giảm dao động cho công trình theo mô hình con lắc ngược chịu tác dụng của ngoại lực

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU TMD Bộ hấp thụ thụ động dạng khối lượng Tuned mass damper TMD-D Bộ hấp thụ thụ động dạng khối lượng để giảm dao động theo phương thẳng đứng của con lắc ngược TMD-

bộ giáo dục và đào tạo Viện khoa học và công nghệ

việt nam

Viện cơ học

nguyễn duy chinh

nghiên cứu giảm dao động cho công trình

theo mô hình con lắc ng−ợc chịu tác dụng của ngoại lực

luận án tiến sĩ cơ học

Hà Nội – 2010

nguyễn duy chinh

nghiên cứu giảm dao động cho công trình

theo mô hình con lắc ngược chịu tác dụng của ngoại lực

chuyên ngành: cơ học vật rắn mã số: 62.44.21.01

luận án tiến sĩ cơ học

người hướng dẫn khoa học

pgs Ts Khổng doãn điền - ĐẠI HỌC THỦY LỢI

ts Kiều thế đức – ĐẠI HỌC GIAO THễNG VẬN TẢI

Hà Nội – 2010

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu, kết quả nghiên cứu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả

Nguyễn Duy Chinh

MỤC LỤC

Lời cam đoan 1

Mục lục 2

Danh mục các ký hiệu 5

Mở đầu 8

Chương 1: Tổng quan về bộ hấp thụ dao động thụ động……….……13

1.1 Giới thiệu chung……….…13

1.2 Nguyên lý cơ bản của bộ hấp thụ dao động thụ động………….…… 15

1.3 Tính bộ hấp thụ dao động thụ động cho hệ không có cản nhớt… ….17

1.3.1 Hệ chịu kích động điều hoà……… 17

1.3.2 Hệ chịu kích động ồn trắng……….… 22

1.4 Tính bộ hấp thụ dao động thụ động cho hệ có cản nhớt………….… 23

1.5 Một số tiêu chuẩn để xác định bộ hấp thụ dao động thụ động…… 24

1.6 Bộ hấp thụ dao động cho hệ con lắc ngược……….…… … 26

1.7 Kết luận chương 1……….……….30

Chương 2: Phương trình chuyển động của hệ con lắc ngược có lắp đặt hệ thống giảm dao động TMD……… ……… … 31

2.1 Mô hình tính toán của cơ cấu con lắc ngược, có gắn bộ hấp thụ dao động được nghiên cứu trong luận án….……….… 31

2.2 Thiết lập phương trình vi phân chuyển động của hệ con lắc ngược.……….32

2.2.1 Động năng của cơ hệ……….………….33

2.2.2 Lực suy rộng của cơ hệ……….……… 38

2.2.2.1 Thế năng của cơ hệ ……….……39

2.2.2.2 Hàm hao tán của cơ hệ ……… …41

2.2.2.3 Lực hoạt suy rộng của cơ hệ ……….…… 41

2.2.3 Phương trình vi phân chuyển động của hệ……….43

2.3 Kết luận chương 2……….……….…………46

động cho cơ cấu con lắc ngược……….……55 3.2 Trường hợp chỉ lắp đặt bộ hấp thụ dao động TMD-N……… …… 65 3.2.1 Phương trình vi phân chuyển động của hệ khi lắp đặt bộ hấp thụ dao

động TMD-N ……….……….………….66 3.2.2 Nghiên cứu ổn định chuyển động của hệ con lắc ngược theo tiêu chuẩn

kĩ thuật khi lắp bộ hấp thụ dao động TMD-N……… ….67 3.2.3 Tính toán các thông số của bộ hấp thụ dao động TMD-N để giảm dao

động cho cơ cấu con lắc ngược……….………69 3.3 Trường hợp con lắc ngược có lắp đặt đồng thời cả hai bộ hấp thụ dao động TMD-N và TMD-D……….81 3.3.1 Nghiên cứu ổn định chuyển động của hệ con lắc ngược theo tiêu chuẩn

kĩ thuật trường hợp có lắp đặt cả hai bộ TMD……….….82 3.3.2 Tính toán các thông số của bộ hấp thụ dao động để giảm dao động cho

cơ cấu con lắc ngược……….………86 3.4 Kết luận chương 3……….… ……103

Chương 4: Mở rộng kết quả nghiên cứu trường hợp có lắp đồng thời hai bộ TMD-D và DVA Tính toán mô phỏng số các các kết quả nghiên cứu giảm dao động cho một số kết cấu công trình………….……… ……… 106

4.1 Mở rộng kết quả nghiên cứu trường hợp có lắp đồng thời hai bộ TMD-D và DVA……… …106

4.1.1 Mô hình của con lắc ngược có lắp hai bộ hấp thụ dao động TMD-D và

DVA……… ……… ……….…106

4 1.2 Thiết lập phương trình vi phân chuyển động của hệ con lắc ngược có lắp đặt bộ DVA và TMD……… ………107

4.1.3 Nghiên cứu xác định các thông số của bộ hấp thụ dao động DVA và bộ TMD-D để công trình làm việc ổn định và giảm dao động cho hệ con lắc ngược một cách tối ưu……….…….….118

4.2 Tính toán mô phỏng số các kết quả nghiên cứu bộ hấp thụ dao động vào một số kết cấu công trình.……… … ……….……123

4.2.1 Áp dụng kết quả nghiên cứu bộ hấp thụ dao động, tính toán giảm dao động cho tháp nước……….……… 123

4.2.2 Áp dụng kết quả nghiên cứu bộ hấp thụ dao động, tính toán giảm dao động theo phương thẳng đứng của ô tô ……… ….… 129

4.2.3 Áp dụng kết quả nghiên cứu bộ hấp thụ dao động, tính toán giảm dao động cho tháp ngoài biển……… ……….132

4.3 Kết luận chương 4……… ……… ……….137

Kết luận và kiến nghị ……….……… ……… …138

Danh mục các công trình đã công bố của tác giả.……….……142

Danh mục tài liệu tham khảo……….143

Lời cảm ơn……… … 151

Phụ lục chương trình máy tính : Lập trình vẽ đồ thị trên phần mềm MAPLE để mô phỏng dao động cho hệ ……… ……… ….…152

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU

TMD Bộ hấp thụ thụ động dạng khối lượng (Tuned mass damper)

TMD-D Bộ hấp thụ thụ động dạng khối lượng để giảm dao động theo

phương thẳng đứng của con lắc ngược

TMD-N Bộ hấp thụ thụ động dạng khối lượng để giảm dao động theo

phương lắc ngang của con lắc ngược

DVA Bộ tắt chấn động lực loại con lắc ( Dynamic vibration absorber)

TLD Bộ giảm chấn chất lỏng

m Khối lượng của bộ TMD

M Khối lượng của hệ chính

ω Tần số của lực kích động điều hoà

f Tỷ số của tần số của bộ TMD thụ động và tần số của hệ chính

f opt Tỷ số tối ưu của tần số của bộ TMD thụ động và tần số của hệ

chính

µ Tỷ số khối lượng của bộ TMD và hệ chính

h Tỷ số giữa tần số lực tác động và tần số riêng của hệ chính

h opt Tỷ số tối ưu giữa tần số lực tác động và tần số riêng của hệ chính

B Ma trận chứa các hệ số của lực điều khiển trong phương trình trạng

thái

C Ma trận cản

Q * Lực hoạt suy rộng của cơ hệ

Ω Tần số dao động riêng của hệ chính

E opt Tỷ số đánh giá hiệu quả tối ưu của bộ TMD

c opt Hệ số cản nhớt tối ưu của bộ TMD

Im λ Phần ảo của nghiệm đa thức đặc trưng

µu1 Tỉ số khối lượng của bộ hấp thụ dao động TMD-N và con lắc ngược

đặc trưng cho chuyển động thẳng

µϕ1 Tỉ số khối lượng của bộ hấp thụ dao động TMD-N và con lắc ngược

đặc trưng cho chuyển động quay

γ1 Hệ số biểu thị vị trí lắp đặt bộ hấp thụ dao động TMD-N

ωd1 Tần số dao động riêng của bộ hấp thụ dao động TMD-N

ξ1 Tỉ số cản nhớt của bộ hấp thụ dao động TMD-N

µu2 Tỉ số khối lượng của bộ hấp thụ dao động TMD-D và con lắc ngược

đặc trưng cho chuyển động thẳng

µϕ2 Tỉ số khối lượng của bộ hấp thụ dao động TMD-D và con lắc ngược đặc

trưng cho chuyển động quay

γ2 Hệ số biểu thị vị trí lắp đặt bộ hấp thụ dao động TMD-D

ωd2 Tần số dao động riêng của bộ hấp thụ dao động TMD-D

ξ2 Tỉ số cản nhớt của bộ hấp thụ dao động TMD-D

ωϕ Tần số dao động riêng của con lắc ngược theo phương ngang

ωu Tần số dao động riêng của con lắc ngược theo phương thẳng đứng

α 1 Tỉ số của tần số của bộ TMD-N và tần số lắc ngang của con lắc ngược

α 2 Tỉ số của tần số của bộ TMD-D và tần số lắc ngang của con lắc ngược

αu Tỉ số giữa tần số dao động thẳng đứng và tần số lắc ngang của con lắc ngược

γ1opt Hệ số tối ưu biểu thị vị trí lắp đặt bộ hấp thụ dao động TMD-N

γ2opt Hệ số tối ưu biểu thị vị trí lắp đặt bộ hấp thụ dao động TMD-D

ξ1opt Tỉ số tối ưu cản nhớt của bộ hấp thụ dao động TMD-N

ξ2opt Tỉ số tối ưu cản nhớt của bộ hấp thụ dao động TMD-D

ngược

αd opt2 Tỉ số tối ưu giữa tần số của bộ TMD-D và tần số lắc ngang của con lắc ngược

µu1A Tỉ số khối lượng của bộ hấp thụ dao động DVA và con lắc ngược đặc

trưng cho chuyển động thẳng

ωd1A : Tần số dao động riêng của bộ hấp thụ dao động DVA

ξ1A : Tỉ số cản nhớt của bộ hấp thụ dao động DVA

µ: Tỉ số khối lượng của bộ hấp thụ dao động DVA và con lắc ngược đặc

trưng cho chuyển động quay

γ: Hệ số biểu thị vị trí lắp đặt bộ hấp thụ dao động DVA

αd optA1 : Tỉ số tối ưu giữa tần số của bộ DVA và tần số lắc ngang của con lắc ngược

1optA

ξ : Tỉ số tối ưu cản nhớt của bộ hấp thụ dao động DVA

MỞ ĐẦU

1 Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài

Trong thực tế có nhiều công trình có mô hình ở dạng con lắc ngược như nhà cao tầng, tháp vô tuyến, giàn khoan, công trình biển … cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật các công trình này ngày càng lớn về chiều dài và chiều cao Sự gia tăng về quy mô kết cấu sẽ dẫn đến các đáp ứng động lực phức tạp của kết cấu và sẽ sinh ra các dao động có hại Vì vậy, nghiên cứu giảm dao động có hại cho cơ cấu con lắc ngược là bài toán đang được rất nhiều các nhà khoa học trên thế giới quan tâm nghiên cứu

Một hướng nghiên cứu mang tích thời sự, cấp thiết và quan trọng ở Việt Nam hiện nay là nghiên cứu để giảm dao động cho các công trình biển có

dạng con lắc ngược DKI Bắt đầu từ năm 1989, theo Chương trình Biển Đông

- Hải Đảo của Nhà nước đã tiến hành xây dựng các công trình biển dạng DKI Các công trình này đã và đang góp phần vào xây dựng, bảo vệ đất nước và khai thác tiềm năng vô cùng to lớn của biển Qua nghiên cứu trong [8], [17], [18] cho thấy đáp ứng gây ra dao động có hại cho công trình DKI bao gồm

hai loại chính là đáp ứng ngang và thẳng đứng liên quan đến hiện tượng lắc

ngang và nhổ cọc Dao động của công trình DKI bao gồm hai loại dao động:

Dao động rung lắc có tần số là các tần số riêng của công trình và dao động

cưỡng bức gây ra bởi tải trọng sóng, trong đó dao động rung lắc đặc biệt có

hại với độ bền và tuổi thọ của công trình Các dao động rung lắc có tần số cao

hơn nhiều lần tần số của sóng biển là một trong các dao động có hại không mong muốn cần được hạn chế Để giảm dao động rung lắc cho công trình

DKI theo đề xuất của các nhà khoa học Nguyễn Đông Anh và cộng sự (vcs)

[8], Nguyễn Hoa Thịnh vcs [17, 18] có thể lắp vào công trình DKI hai bộ TMD để tiêu tán năng lượng cho hệ Một bộ TMD được đặt theo hướng tác

data error !!! can't not

read

data error !!! can't not

read

data error !!! can't not

read

data error !!! can't not

read

data error !!! can't not

read

data error !!! can't not

read

data error !!! can't not

read

data error !!! can't not

read

data error !!! can't not

read

data error !!! can't not

read

data error !!! can't not

read

data error !!! can't not

read

data error !!! can't not

read

data error !!! can't not

read

data error !!! can't not

read

data error !!! can't not

read

read

data error !!! can't not

read