(LUẬN án TIẾN sĩ) nghiên cứu thiết kế tối ưu và điều khiển bộ hấp thụ dao động có bộ cản và lò xo lắp đặt phức hợp

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Nguyễn Xuân Nguyên NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ TỐI ƯU VÀ ĐIỀU KHIỂN BỘ HẤP THỤ DAO ĐỘNG CĨ BỘ CẢN VÀ LỊ XO LẮP ĐẶT PHỨC HỢP LUẬN ÁN TIẾN SĨ CƠ HỌC Hà Nội - 2016 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Nguyễn Xuân Nguyên NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ TỐI ƯU VÀ ĐIỀU KHIỂN BỘ HẤP THỤ DAO ĐỘNG CÓ BỘ CẢN VÀ LÒ XO LẮP ĐẶT PHỨC HỢP Chuyên ngành: Cơ học vật rắn Mã số: 62440107 LUẬN ÁN TIẾN SĨ CƠ HỌC Người hướng dẫn 1: GS TSKH Nguyễn Đông Anh Người hướng dẫn 2: TS Lã Đức Việt Hà Nội - 2016 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Lời cam đoan Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu kết trình bày luận án trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Hà Nội, năm 2016 Nghiên cứu sinh Nguyễn Xuân Nguyên i TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Lời cảm ơn Lời đầu tiên, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến GS Nguyễn Đông Anh Thầy tận tình hướng dẫn, dìu dắt, truyền cho tơi niềm đam mê khoa học có ảnh hưởng lớn đến tơi từ tơi cịn sinh viên q trình học tập, nghiên cứu tơi Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới TS Lã Đức Việt Một người anh, người thầy giúp đỡ nhiều trình thực luận án Tơi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè đồng nghiệp tơi Khoa Toán-Cơ-Tin học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội Cảm ơn người ln bên tơi lúc khó khăn công việc sống Hà Nội, năm 2016 Nghiên cứu sinh Nguyễn Xuân Nguyên ii TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Mục lục Danh sách hình vẽ Danh sách bảng Bảng ký hiệu viết tắt 10 Mở đầu 11 Chương Tổng quan 14 1.1 Bộ hấp thụ dao động 14 1.2 Bộ hấp thụ dao động dạng khối lượng 17 1.3 Bộ hấp thụ dao động TMD thụ động 17 1.3.1 Mơ hình TMD kinh điển 17 1.3.2 Mơ hình TMD nối 19 1.3.3 Mơ hình TMD ba thành phần 20 1.3.4 Mơ hình kết cấu lắc thuận 21 1.3.5 Mơ hình kết cấu lắc ngược 22 1.4 Bộ hấp thụ dao động TMD bán chủ động 23 1.4.1 Điều khiển bán chủ động 23 1.4.2 Thiết bị cản nhớt dạng tắt bật 24 Chương Bộ hấp thụ dao động dạng thụ động 27 2.1 Mơ hình hấp thụ dao động dạng kinh điển 28 2.1.1 Kết cấu khơng cản 28 2.1.2 Kết cấu có cản 30 2.1.3 Kết so sánh số 39 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 2.2 Mơ hình hấp thụ dao động dạng nối 44 2.2.1 Kết cấu khơng có cản 44 2.2.2 Kết cấu có cản 48 2.2.3 Kết so sánh số 54 2.3 Mơ hình hấp thụ dao động ba thành phần 58 2.3.1 Kết cấu khơng có cản 58 2.3.2 Kết cấu có cản 62 2.3.3 Kết so sánh số 65 2.4 Bộ hấp thụ dao động kết cấu lắc thuận 67 2.4.1 TMD chuyển động theo phương tiếp tuyến 69 2.4.2 TMD chuyển động theo phương pháp tuyến 73 2.4.3 Một TMD chuyển động đồng thời theo phương tiếp tuyến phương pháp tuyến 75 2.4.4 Hai TMD chuyển động đồng thời theo phương tiếp tuyến phương pháp tuyến 78 2.5 Bộ hấp thụ dao động kết cấu lắc ngược 80 2.5.1 Kết cấu khơng cản 81 2.5.2 Kết cấu có cản 86 2.5.3 Kết so sánh số 92 Chương Bộ hấp thụ dao động bán chủ động 97 3.1 Thuật toán điều khiển thiết bị cản dạng tắt bật 98 3.2 Bộ hấp thụ dao động kinh điển bán chủ động 99 3.2.1 Kết cấu chịu kích động lực 99 3.2.2 Kết cấu chịu kích động tối ưu chuyển dịch tuyệt đối 101 3.2.3 Kết cấu chịu kích động tối ưu chuyển dịch tương đối 103 3.3 Bộ hấp thụ dao động bán chủ động dạng nối 104 3.3.1 Kết cấu chịu kích động lực 104 3.3.2 Kết cấu chịu kích động tối ưu chuyển dịch tuyệt đối 106 3.3.3 Kết cấu chịu kích động tối ưu chuyển dịch tương đối 109 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 3.4 Bộ hấp thụ dao động bán chủ động kết cấu lắc thuận 110 3.4.1 TMD bán chủ động chuyển động theo phương tiếp tuyến 110 3.4.2 TMD bán chủ động chuyển động theo phương pháp tuyến 115 3.4.3 Một TMD bán chủ động chuyển động đồng thời theo hai phương 119 3.4.4 Hai TMD bán chủ động chuyển động đồng thời theo hai phương 121 3.5 Bộ hấp thụ dao động bán chủ động kết cấu lắc ngược 124 Kết luận 129 Danh mục công trình khoa học 130 Tài liệu tham khảo 132 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Danh sách hình vẽ 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 Mơ hình TMD kinh điển Mơ hình TMD nối Mơ hình TMD ba thành phần Giảm chấn khơng khí Mơ hình lắc thuận Mơ hình lắc ngược Thiết bị cản nhớt có lỗ van phụ biến đổi Thiết bị cản nhớt từ lưu biến 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 Mơ hình TMD kinh điển kết cấu chịu kích động lực 28 Mơ hình TMD kinh điển kết cấu chịu kích động 29 Sự xấp xỉ hệ 32 TMD gắn vào kết cấu có cản chịu kích động lực 35 Sự thay đổi thông số tối ưu α ξd theo tỷ số khối lượng µ hệ chịu kích động lực 36 Sự thay đổi thông số tối ưu α ξd theo tỷ số cản kết cấu ξs hệ chịu kích động lực 36 TMD gắn vào kết cấu có cản chịu kích động 37 Sự thay đổi thông số tối ưu α ξd theo tỷ số khối lượng µ kết cấu chịu kích động 38 Sự thay đổi thông số tối ưu α ξd theo tỷ số cản kết cấu ξs kết cấu chịu kích động 39 So sánh thông số tối ưu TMD kết cấu chịu kích động lực với µ = 0.05, ξs = 0.1 40 So sánh thông số tối ưu TMD hệ chịu kích động lực với µ = 0.08, ξs = 0.1 41 So sánh thơng số tối ưu TMD hệ chịu kích động với hàm mục tiêu chuyển dịch tuyệt đối µ = 0.03, ξs = 0.2 42 So sánh thông số tối ưu TMD hệ chịu kích động với hàm mục tiêu chuyển dịch tuyệt đối µ = 0.05, ξs = 0.15 43 So sánh thông số tối ưu TMD hệ chịu kích động với hàm mục tiêu chuyển dịch tương đối µ = 0.03, ξs = 0.03 43 So sánh thơng số tối ưu TMD hệ chịu kích động với hàm mục tiêu chuyển dịch tương đối µ = 0.05, ξs = 0.03 44 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 2.11 2.12 2.13 2.14 2.15 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 18 20 21 21 22 23 25 25 2.16 2.17 2.18 2.19 2.20 2.21 2.22 2.23 2.24 2.25 2.26 2.27 2.28 2.29 2.30 2.31 2.32 2.33 2.34 2.35 2.36 2.37 2.38 2.39 2.40 2.41 2.42 2.43 2.44 2.45 2.46 2.47 2.48 2.49 2.50 Mơ hình TMD nối kết cấu chịu kích động lực 45 Mơ hình TMD nối kết cấu chịu kích động 45 So sánh hàm khuếch đại dao động GA GB 47 So sánh hàm truyền dao động TA TB 47 So sánh hàm truyền dao động RA RB 48 TMD dạng nối gắn vào kết cấu có cản chịu kích động lực 49 Sự thay đổi thông số tối ưu α ξd theo tỷ số khối lượng µ hệ chịu kích động lực 49 Sự thay đổi thông số tối ưu α ξd theo tỷ số cản kết cấu ξs hệ chịu kích động lực 50 TMD dạng nối gắn vào kết cấu có cản chịu kích động 50 Sự thay đổi thông số tối ưu α ξd theo tỷ số khối lượng µ chuyển dịch tuyệt đối hệ chịu kích động 51 Sự thay đổi thông số tối ưu α ξd theo tỷ số cản kết cấu ξs chuyển dịch tuyệt đối hệ chịu kích động nền52 Sự thay đổi thông số tối ưu α ξd theo tỷ số khối lượng µ chuyển dịch tương đối hệ chịu kích động 53 Sự thay đổi thông số tối ưu α ξd theo tỷ số cản kết cấu ξs chuyển dịch tương đối hệ chịu kích động nền53 So sánh hàm khuếch đại dao động GB µ = 0.1, ξs = 0.08 54 So sánh hàm khuếch đại dao động GB µ = 0.1, ξs = 0.15 55 So sánh hàm khuếch đại dao động GB µ = 0.15, ξs = 0.08 55 So sánh hàm khuếch đại dao động GB µ = 0.15, ξs = 0.15 56 So sánh hàm truyền dao động TB µ = 0.05, ξs = 0.2 56 So sánh hàm truyền dao động TB µ = 0.1, ξs = 0.15 57 So sánh hàm truyền dao động RB µ = 0.03, ξs = 0.08 57 So sánh hàm truyền dao động RB µ = 0.05, ξs = 0.05 58 Thiết bị giảm chấn khơng khí 59 Mơ hình TMD ba thành phần kết cấu chịu kích động lực 60 Mơ hình TMD ba thành phần kết cấu chịu kích động 60 Sự so sánh TMD kinh điển TMD ba thành phần 61 TMD ba thành phần lắp đặt vào kết cấu có cản chịu kích động lực 62 Sự thay đổi thông số tối ưu TMD ba thành phần theo tỷ số khối lượng µ 63 Sự thay đổi thông số tối ưu TMD ba thành phần theo tỷ số cản kết cấu ξs 63 TMD ba thành phần lắp đặt vào kết cấu có cản chịu kích động 64 So sánh hàm khuếch đại dao động GC với µ = 0.03 ξs = 0.1 65 So sánh hàm khuếch đại dao động GC với µ = 0.03 ξs = 0.15 65 Sự so sánh hàm khuếch đại dao động GC với µ = 0.05 ξs = 0.1 66 So sánh hàm khuếch đại dao động GC với µ = 0.05 ξs = 0.15 66 So sánh giá trị cực đại hàm khuếch đại dao động GC với µ = 0.1 67 So sánh giá trị cực đại hàm khuếch đại dao động GC với µ = 0.2 67 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 2.51 2.52 2.53 2.54 2.55 2.56 2.57 2.58 2.59 2.60 2.61 2.62 2.63 2.64 2.65 2.66 2.67 2.68 2.69 2.70 2.71 2.72 2.73 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 So sánh hàm truyền dao động TC với µ = 0.03 ξs = 0.1 So sánh hàm truyền dao động TC với µ = 0.03 ξs = 0.15 So sánh hàm truyền dao động TC với µ = 0.05 ξs = 0.1 So sánh hàm truyền dao động TC với µ = 0.05 ξs = 0.15 So sánh giá trị cực đại hàm truyền dao động TC với µ = 0.1 So sánh giá trị cực đại hàm truyền dao động TC với µ = 0.2 TMD chuyển động theo phương tiếp tuyến TMD chuyển động theo phương pháp tuyến Một TMD chuyển động đồng thời theo phương tiếp tuyến phương pháp tuyến Đồ thị hàm mục tiêu tối ưu J theo θ0 với (I): TMD theo hai phương, (II): TMD pháp tuyến, (III): TMD tiếp tuyến Hai TMD chuyển động đồng thời theo phương tiếp tuyến phương pháp tuyến Kết cấu lắc ngược không cản lắp đặt TMD Mơ hình TMD dạng lắc ngược Đồ thị hàm khuếch đại dao động GD ứng với giá trị khác tỷ số cản ξd Hiệu TMD lắp đặt vào kết cấu có dạng lắc ngược Sự xấp xỉ hệ lắc ngược TMD lắp đặt vào kết cấu dạng lắc ngược có cản Sự thay đổi thông số tối ưu α, ξd TMD theo tỷ số khối lượng µ Sự thay đổi thông số tối ưu α, ξd TMD theo tỷ số cản kết cấu ξd Tháp có khớp nối ngập mặt nước biển TMD dạng lắc ngược lắp đặt bên tháp So sánh hàm khuếch đại dao động GD trường hợp kết cấu khơng cản So sánh hàm khuếch đại dao động GD trường hợp kết cấu có cản 68 68 69 69 70 70 71 73 Thuật toán điều khiển thiết bị cản dạng tắt bật Mô hình hấp thụ dao động kinh điển bán chủ động kết cấu chịu kích động lực Dịch chuyển hệ chịu kích động va chạm Dịch chuyển hệ chịu kích động lực điều hịa Dịch chuyển hệ chịu kích động lực ngẫu nhiên Mơ hình hấp thụ dao động kinh điển bán chủ động kết cấu chịu kích động Dịch chuyển tuyệt đối kết cấu chịu kích động điều hịa Dịch chuyển tuyệt đối kết cấu chịu kích động ngẫu nhiên 98 75 77 79 81 83 84 86 86 90 91 92 92 93 94 96 99 100 101 101 102 102 103 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Hai TMD thu dong Hai TMD ban chu dong 0.3 0.2 0.1 m Chuyen dich θ/θ cua ket cau chinh Chương Bộ hấp thụ dao động bán chủ động −0.1 −0.2 −0.3 −0.4 50 100 150 Thoi gian τ 200 250 300 Hình 3.35: So sánh hai TMD chuyển động theo hai phương trường hợp kích động điều hịa động theo hai phương đề xuất sau  ξ vl ξv = ξ vh   ξul ξu = ξ uh z˙v (γv θ − sin θ) > ngược lại z˙u − cos θ − γu θ˙2 > (3.28) ngược lại Sự so sánh hai TMD bán chủ động hai TMD thụ động chuyển động theo hai phương khác mơ tả hình vẽ 3.34 3.35 Tỷ số khối lượng TMD tiếp tuyến TMD pháp tuyến µv = 0.04 µu = 0.04, tỷ số cản kết cấu ξs = 0.01, tham số vị trí TMD tiếp tuyến TMD pháp tuyến γv = 1.5 γu = Các thông số tối ưu αu , αv , ξu ξv hai TMD thụ động tính tốn từ phương trình (2.85) (2.86) Tỷ số cản lớn nhỏ hai cản tắt bật hai TMD bán chủ động theo phương pháp tuyến tiếp tuyến ξuh = 10 · ξu−opt , ξul = ξu−opt /10 ξvh = 10 · ξv−opt , ξvl = ξv−opt /10 Các hình vẽ 3.34 3.35 hai TMD bán chủ động có hiệu giảm dao động tốt đáng kể lắp đặt vào kết cấu so với hai TMD thụ động 123 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Chương Bộ hấp thụ dao động bán chủ động 3.5 Bộ hấp thụ dao động bán chủ động kết cấu lắc ngược Hình vẽ 3.36 mơ tả TMD bán chủ động dạng lắc lắp đặt vào kết cấu lắc ngược Kết cấu có khối lượng tập trung m đỉnh Chiều dài dầm ℓ mật độ khối lượng dài ρ Hằng số lò xo xoắn ks TMD dạng lắc có khối lượng md , chiều dài ℓd , số lò xo kd hệ số cản nhớt cd TMD lắp đặt vào kết cấu thơng qua rịng rọc có bán kính r Sử dụng phương trình Lagrange, phương trình dao động hệ mℓ2 + ρℓ3 + md d2 + md ℓ2d − 2md ℓd d cos d ă + md dd cos d md 2d ăd md dd sin d d2 + cs θ˙ + 2md dℓd sin θd θ˙θ˙d + ks θ − mgℓ + ρgℓ2 + md gd sin θ + md gℓd sin(θ − θd ) = ℓf0 cos(Ωt + ϕf ) md dℓd cos θd − md 2d ă + md 2d ăd + kd r θd − md ℓd dθ˙2 sin θd + md ℓd g sin(θd − θ) + cd r θ˙d = (3.29) Đưa vào ký hiệu µ= md , m + 31 ρℓ kd r g + , md ℓd ℓd ωd = β= Ω , ωs θm = γ= κ= 2ξs ωs2 ℓd , ℓ d − ℓd , ℓ ωd α= , ωs ν= ωs = 6ks − gℓ(6m + 3ρℓ) 2ℓ2 (3m + ρℓ) cd r ξd = , 2md ωd ℓ2d 6m + 3ρℓ , 6m + 2ρℓ τ = ωs t, η= z= g ℓωs2 (3.30) ℓd θd ℓ f0 m + 13 ρℓ ℓ µ tỷ số khối lượng TMD khối lượng kết cấu chính, γ tham số vị trí TMD, ωs ξs tần số tự nhiên tỷ số cản kết cấu chính, ωd ξd tần số tự nhiên tỷ số cản TMD, α tỷ số tần số TMD kết cấu chính, η ν đặc trưng cho phân bố khối lượng kết cấu chính, β tỷ số tần số ngoại lực, κ biểu thị độ dài TMD, τ thời gian 124 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Chương Bộ hấp thụ dao động bán chủ động không thứ nguyên, θm biên độ dao động kết cấu tần số cộng hưởng khơng có TMD Hình 3.36: Mơ hình TMD bán chủ động dạng lắc lắp đặt vào kết cấu lắc ngược sau Khi hệ phương trình (3.29) viết lại dạng khơng thứ nguyờn nh z z ă + + à( + ) cos ză z z z˙ sin + 2ξs θ˙ + 2µ(κ + γ)θ˙z˙ sin + (1 + ην)θ −µ 1+ κ κ κ z = 2ξs θm cos(βτ + ϕf ) (3.31) − η [ν + µ(κ + γ)] sin θ + µηκ sin θ − κ z z γ + (κ + ) cos ă + ză ( + γ)θ˙2 sin + 2αξd z˙ κ κ z η z + η sin −θ =0 + α − κ κ + µγ + 2κµ(κ + γ) − cos Từ phương trình thứ hai (3.31) ta thấy lực kết cấu tác dụng vào TMD s l ă + Xột ti tn số cộng hưởng θ = θ0 sin τ , ú ta cú ă + ( + η)θ (3.32) Do thuật tốn điều khiển cản tắt bật TMD dạng lắc đề xuất sau  ξ ˙ >0 dl (γ + η)zθ ξd = (3.33) ξ ngược lại dh 125 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Chương Bộ hấp thụ dao động bán chủ động Hình 3.37: Tháp có khớp nối ngập mặt nước biển có lắp đặt TMD nửa tích cực Để xác minh tính đắn thuật toán điều khiển (3.33), xét mơ hình tháp có khớp nối ngập mực nước biển có lắp đặt TMD bán chủ động hình vẽ 3.37 Như nói phần 2.5.3 chương 2, bệ linh động tháp có khớp nối tỏ hiệu mặt kinh tế điều kiện nước sâu chúng giúp giảm bớt đáng kể khối lượng so với bệ thơng thường Móng tháp khơng chống lại lực bên lực gió, lực sóng Thay vào mơmen phục hồi sinh lực đẩy nước Do đó, thiết bị giảm dao động TMD lắp đặt bên tháp để làm giảm dao động có hại ngoại lực sinh Tháp có khối lượng tập trung m đỉnh tháp, độ cứng tháp đủ lớn, ma sát khớp nối nhỏ bỏ qua Tháp có mật độ khối lượng dài ρ, chiều dài ℓ đường kính D Giả thiết đường kính D nhỏ so với chiều dài e ≪ tháp Chúng ta sử dụng số liệu sau [21]: chiều dài tháp ℓ = 400 m, đường kính tháp D = 15 m, mật độ khối lượng dài tháp ρ = 20 × 103 kg/m, khối lượng tập trung m = 2.5 × 105 kg, mực nước trung bình h = 350 m mật độ khối lượng nước ρw = 1025 kg/m Sử dụng phương trình (2.123), ta tính số xoắn kết cấu ks = 1.1 × 1011 Nm Để giảm dao động có hại tháp, thiết bị giảm dao động TMD bán chủ động dạng lắc ngược lắp đặt bên tháp hình 2.71 với khối lượng TMD md ≈ 1.46 × 105 kg, chiều dài TMD ℓd = 15 m, bán kính ròng rọc r = m TMD lắp đặt vị trí có độ cao d = 250 m so với đáy biển Vì TMD có dạng lắc ngược nên phương trình (3.30) phải thay đại lượng ℓd đại lượng −ℓd tất cơng thức Từ ta tính số khơng thứ ngun sau: µ = 0.05, γ = 0.6625, η = 0.1255, κ = −0.0375 ν = 1.4571 Xét trường hợp tỷ số cản 126 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Chương Bộ hấp thụ dao động bán chủ động Chuyen dich θ/θm cua thap co khop noi Hình 3.38: TMD bán chủ động dạng lắc ngược lắp đặt bên tháp TMD thu dong dang lac nguoc TMD ban chu dong dang lac nguoc 0.5 −0.5 −1 50 100 150 200 250 300 Thoi gian τ 350 400 450 500 Chuyen dich θ/θm cua thap co khop noi Hình 3.39: So sánh TMD thụ động TMD bán chủ động lắp đặt bên tháp trường hợp dao động tự 0.2 TMD thu dong dang lac nguoc TMD ban chu dong dang lac nguoc 0.15 0.1 0.05 −0.05 −0.1 −0.15 50 100 150 200 250 300 Thoi gian τ 350 400 450 500 Hình 3.40: So sánh TMD thụ động TMD bán chủ động lắp đặt bên tháp tháp chịu kích động lực 127 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Chương Bộ hấp thụ dao động bán chủ động kết cấu ξs = 0.05 Các hình vẽ 3.39 3.40 thể so sánh TMD thụ động TMD bán chủ động dạng lắc ngược lắp đặt bên tháp trường hợp dao động tự trường hợp tháp chịu kích động lực Các thơng số tối ưu TMD thụ động tính tốn từ phương trình (2.121) Giá trị lớn nhỏ tỷ số cản tắt bật trường hợp TMD bán chủ động ξdl = ξp /10 ξdh = 10 · ξp , ξp tỷ số cản tối ưu TMD thụ động Chúng ta thấy TMD bán chủ động có hiệu giảm dao động tốt so với TMD thụ động 128 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Kết luận Dao động xảy hầu hết kết cấu kỹ thuật thực tế máy móc, tịa nhà cao tầng, cầu, phương tiện giao thông vận tải, Đa phần dao động có hại ảnh hưởng đến độ bền q trình làm việc kết cấu Chính việc giảm dao động có hại vấn đề quan tâm kỹ sư nhà khoa học Trong phương pháp để giảm dao động có hại, phương pháp giảm dao động hấp thụ dao động phương pháp phát triển mạnh mẽ tính hiệu mặt kỹ thuật kinh tế, dễ dàng lắp đặt bảo dưỡng Luận án đề cập tới việc thiết kế tối ưu hấp thụ dao động dạng khối lượng trường hợp thụ động nghiên cứu đề xuất thuật toán điều khiển thiết bị cản tắt bật hấp thụ dao động bán chủ động Luận án đạt kết sau: • Đã tìm thơng số tối ưu hấp thụ dao động dạng khối lượng mơ hình kinh điển cho kết cấu khối lượng lị xo có cản • Đã tìm thơng số tối ưu hấp thụ dao động dạng khối lượng mơ hình nối cho kết cấu khối lượng lị xo có cản • Đã tìm thông số tối ưu hấp thụ dao động dạng khối lượng mơ hình ba thành phần cho kết cấu khối lượng lị xo có cản • Đã tìm thơng số tối ưu hấp thụ dao động dạng khối lượng cho kết cấu lắc ngược hai trường hợp khơng cản có cản • Đề xuất thuật tốn điều khiển thiết bị cản tắt bật hấp thụ dao động kinh điển, hấp thụ dao động nối kết cấu dạng khối lượng lò xo dạng khác hấp thụ dao động kết cấu dạng lắc 129 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Danh mục cơng trình khoa học tác giả liên quan đến luận án [1] Anh N.D and Nguyen N.X (2010), Fixed-Point Theory for Vibration Control of an Inverted Pendulum Type Structure by Passive Mass-Spring-Pendulum Dynamic Vibration Absorber, Proceedings of the 10th National Conference on Solid Mechanics, Vietnam, 12-13 November, 2010 [2] Anh N.D., Nguyen N.X (2012), Extension of equivalent linearization method to design of TMD for linear damped systems, Structural Control and Health Monitoring 19(6), 565-573 (ISI) [3] Anh N.D and Nguyen N.X (2012), Design of TMD for damped linear systems, Asian-Pacific Symposium on Structural Reliability and its Applications, Singapore, 23-25 May, 2012 [4] Viet L.D and Nguyen N.X (2012), Some types of dynamic vibration absorbers in pendulum structures, The 2nd International Conference on Engineering Mechanics and Automation (ICEMA2), Hanoi, August 16-17, 2012 [5] Anh N.D., Nguyen N.X and Hoa L.T (2013), Design of three-element dynamic vibration absorber for damped linear structures, Journal of Sound and Vibration 332, 4482-4495 (ISI) [6] Viet L.D and Nguyen N.X (2013), Passive and semi active dampings of two orthogonal dynamic vibration absorbers in a pendulum structure, 20th International Congress on Sound and Vibration (ICSV20), Bangkok, Thailand, 7-11 July 2013 [7] Anh N.D and Nguyen N.X (2013), Design of TMD for damped linear structures using the dual criterion of equivalent linearization method, International Journal of Mechanical Sciences 77, 164-170 (ISI) 130 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com [8] Anh N.D and Nguyen N.X (2014), Design of non-traditional dynamic vibration absorber for damped linear structures, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering 228(1), 4555 (ISI) [9] Anh N.D., Nguyen N.X and Quan N.H (2016), Global-local approach to the design of dynamic vibration absorber for damped structures, Journal of Vibration and Control, 22(14), 3182-3201 (ISI) [10] Anh N.D and Nguyen N.X (2015), A global-local approach to the design of dynamic vibration absorber for damped inverted pendulum structures, Vietnam Journal of Mechanics 37, 43-56 [11] Anh N.D and Nguyen N.X (2016), Research on the design of non-traditional dynamic vibration absorber for damped structures under ground motion, Journal of Mechanical Science and Technology, 30(2), 593-602 (ISI) [12] Nguyen N.X and Anh N.D., Optimal parameters of dynamic vibration absorber for damped inverted pendulum structures, submitted to European Journal of Mechanics - A/Solids, revised (ISI) 131 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Tài liệu tham khảo Tiếng Việt [1] Nguyễn Đông Anh, Lã Đức Việt (2007), Giảm dao động thiết bị tiêu tán lượng, Nhà xuất Khoa học tự nhiên Công nghệ, Hà Nội Tiếng Anh [2] Aderson D., Desaix M., Lisak M and Rasch J (2010), Galerkin approach to approximate solutions of some nonlinear oscillator equations, American Journal of Physics 78(9), 920-924 [3] Anh N.D., Hieu N.N and Linh N.N (2012), A dual criterion of equivalent linearization method for nonlinear systems subjected to random excitation, Acta Mechanica 223(3), 645-654 [4] Anh N.D., Matsuhisa H., Viet L.D and Yasuda M (2007), Vibration control of an inverted pendulum type structure by passive mass-spring-pendulum dynamic vibration absorber, Journal of Sound and Vibration 307, 187-201 [5] Anh N.D and Nguyen N.X (2010), Fixed-Point Theory for Vibration Control of an Inverted Pendulum Type Structure by Passive Mass-SpringPendulum Dynamic Vibration Absorber, Proceedings of the 10th National Conference on Solid Mechanics, Vietnam, 12-13 November, 2010 [6] Anh N.D., Nguyen N.X (2012), Extension of equivalent linearization method to design of TMD for linear damped systems, Structural Control and Health Monitoring 19(6), 565-573 [7] Anh N.D and Nguyen N.X (2012), Design of TMD for damped linear systems, Asian-Pacific Symposium on Structural Reliability and its Applications, Singapore, 23-25 May, 2012 132 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com [8] Anh N.D and Nguyen N.X (2013), Design of TMD for damped linear structures using the dual criterion of equivalent linearization method, International Journal of Mechanical Sciences 77, 164-170 [9] Anh N.D., Nguyen N.X and Hoa L.T (2013), Design of three-element dynamic vibration absorber for damped linear structures, Journal of Sound and Vibration 332, 4482-4495 [10] Anh N.D and Nguyen N.X (2014), Design of non-traditional dynamic vibration absorber for damped linear structures, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering 228(1), 45-55 [11] Anh N.D., Nguyen N.X and Quan N.H (2014), Global-local approach to the design of dynamic vibration absorber for damped structures, Journal of Vibration and Control, DOI: 10.1177/1077546314561282 [12] Anh N.D and Nguyen N.X (2015), A global-local approach to the design of dynamic vibration absorber for damped inverted pendulum structures, Vietnam Journal of Mechanics 37, 43-56 [13] Anh N.D and Nguyen N.X (2015), Research on the design of nontraditional dynamic vibration absorber for damped structures under ground motion, Journal of Mechanical Science and Technology, accepted, in press [14] Asami T., Moroose K., Iribe K and Hosokawa Y (1993), Methods for Designing an Air Damper, Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineering, Series C 59-566, 2996-3002 [15] Asami T and Nishihara O (1999), Analytical and experimental evaluation of an air damped dynamic vibration absorber: design optimizations of the three-element type model, Journal of Vibration and Acoustics 121, 334-342 [16] Asami T and Nishihara O (2002), H2 optimization of the three-element type dynamic vibration absorbers, Journal of Vibration and Acoustics 124, 583-592 [17] Asami T and Nishihara O (2002), Design optimization of the three-element type dynamic vibration absorbers based on the stability maximization, Dynamics & Design Conference 19, 1463-1468 [18] Asami T., Nishihara O and Baz A.M (2002), Analytical solutions to H∞ and H2 optimization of dynamic vibration absorbers attached to damped linear systems, Journal of Vibration and Acoustics 124, 284-295 [19] Asami T and Sekiguchi H (1990), Fundamental Investigation on Air Damper (2nd Report, Theoretical and Experimental Study), Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineering, Series C 56-532, 3201-3209 [20] Asami T., Wakasono T., Kameoka K., et al (1991), Optimum design of dynamic absorbers for a system subjected to random excitation, JSME International Journal, Series 3, Vibration, Control Engineering, Engineering for Industry 34, 218-226 133 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com [21] Bar-Avi P and Benaroya H (1996), Non-linear dynamics of an articulated tower submerged in the ocean, Journal of Sound and Vibration 190, 77-103 [22] Casciati F., Magonette G and Marazzi F (2006), Technology of Semiactive Devices and Applications in Vibration Mitigation, John Wiley & Sons Ltd, Chichester, England [23] Caughey T.K (1956), Response of Van der Pols oscillator to random excitations, Transactions of ASME, Journal of Applied Mechanics 26, 345-348 [24] Caughey T.K (1960), Random excitation of a system with bilinear hysteresis, Transactions of ASME, Journal of Applied Mechanics 27, 649-652 [25] Cheung Y.L and Wong W.O (2009), Design of a non-traditional dynamic vibration absorber (L), Journal of the Acoustical Society of America 126, 564-567 [26] Cheung Y.L and Wong W.O (2011), H-infinity optimization of a variant design of the dynamic vibration absorber - revisited and new results, Journal of Sound and Vibration 330, 3901-3912 [27] Cheung Y.L and Wong W.O (2011), H2 optimization of a non-traditional dynamic vibration absorber for vibration control of structures under random force excitation, Journal of Sound and Vibration 330, 1039-1044 [28] Crandall S.H and Mark W.D (1963), Random Vibration in Mechanical Systems, Academic Press, New York [29] Den Hartog J.P (1956), Mechanical Vibrations, McGraw-Hill Publishers, New York [30] Dong P., Benaroya H and Wei T (2004), Integrating experiments into an energy-based reduced-order model for vortex-induced-vibrations of a cylinder mounted as an inverted pendulum, Journal of Sound and Vibration 276, 45-63 [31] Frahm H (1909), Device for Damped Vibration of Bodies, U.S Patent No 989958, 30 October 1909 [32] Fujino Y and Abe M (1993), Design formulas for tuned mass dampers based on a perturbation technique, Earthquake Engineering and Structural Dynamics 22, 833-854 [33] Ghosh A and Basu B (2007), A closed-form optimal tuning criterion for TMD in damped structures, Structural Control and Health Monitoring 14, 681-692 [34] Hagiwara T (1935), The Air Damper, Bulletin of the Earthquake Research Institute 13(4), 783-788 [35] He J.H (2007), Variational approach for nonlinear oscillators, Chaos, Solitons and Fractals 34, 1430-1439 134 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com [36] Hrovat D., Barak P and Rabins M (1993), Semi-Active versus Passive or Active Tuned Mass Dampers for Structural Control, Journal of Engineering Mechanics ASCE 109(3), 691-705 [37] Ioi T and Ikeda K (1978), On the dynamic vibration damped absorber of the vibration system, Bulletin of the Japanese Society of Mechanical Engineering 21, 64-71 [38] Iwata Y (1982), On the construction of the dynamic vibration absorbers, Preparation of the Japan Society of Mechanical Engineering 820, 150-152 [39] Karnopp D., Crosby M and Harwood R (1974), Vibration Control Using Semi-Active Force Generation, Journal of Engineering for Industry 96(2), 619-626 [40] Krylov N and Bogoliubov N (1943), Introduction to Nonlinear Mechanics, Princeton University Press, Princeton [41] Liu K and Coppola G (2010), Optimal design of damped dynamic vibration absorber for damped primary systems, Transactions of the Canadian Society for Mechanical Engineering 34, 119-135 [42] Liu K and Liu J (2005), The damped dynamic vibration absorber: revisited and new result, Journal of Sound and Vibration 284, 1181-1189 [43] Matsuhisa H., Gu R., Wang Y., Nishihara O and Sato S (1995), Vibration control of a ropeway carrier by passive dynamic vibration absorbers, JSME International Journal (Series C) 38(4), 657-662 [44] Matsuhisa H., Kitaura H., Isono M., Utsuno H., Park J.G and Yasuda M (2005), A new Coriolis dynamic absorber for reducing the swing of gondola, Proceedings of the Asia-Pacific Vibration Conference, 23-25 November 2005, Malaysia, 211-215 [45] Nishihara O and Asami T (2002), Close-form solutions to the exact optimizations of dynamic vibration absorber (minimizations of the maximum amplitude magnification factors), Journal of Vibration and Acoustics 124, 576-582 [46] Nishihara O and Matsuhisa H (1997), Design and tuning of vibration control devices via stability criterion, Preparation of the Japan Society of Mechanical Engineering 97, 165-168 [47] Ormondroyd J and Den Hartog J.P (1928), The theory of the dynamic vibration absorber, Transactions of ASME, Journal of Applied Mechanics 50, 9-22 [48] Pedro Guimaraes V.B., Suzana Avila M., Maura Shzu A.M., Zenon Del Prado J.G and Marcus Morais V.G (2013), Vibration control of an offshore wind turbine modelled as an inverted pendulum, 11th International Conference on Vibration Problems, Lisbon, Portugal, 9-12 September 2013 135 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com [49] Pennestrì E (1998), An application of Chebyshev’s min-max criterion to the optimal design of a damped dynamic vibration absorber, Journal of Sound and Vibration 217, 757-765 [50] Randall S.E., Halsted D.M and Taylor D.L (1981), Optimum vibration absorbers for linear damped systems, ASME Journal of Mechanical Design 103, 908-913 [51] Ren M.Z (2001), A variant design of the dynamic vibration absorber, Journal of Sound and Vibration 245, 762-770 [52] Thompson A.G (1981), Optimum tuning and damping of a dynamic vibration absorber applied to a force excited and damped primary system, Journal of Sound and Vibration 77, 403-415 [53] Tigli O.F (2012), Optimum vibration absorber (tuned mass damper) design for linear damped systems subjected to random loads, Journal of Sound and Vibration 331, 3035-3049 [54] Viet L.D (2012), Semi-active on–off damping control of a dynamic vibration absorber using Coriolis force, Journal of Sound and Vibration 331, 34293436 [55] Viet L.D (2012), Sequential design of two orthogonal dynamic vibration absorbers in a pendulum based on stability maximization, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering 226(11), 2645-2655 [56] Viet L.D., Anh N.D and Matsuhisa H (2011), The effective damping approach to design a dynamic vibration absorber using Coriolis force, Journal of Sound and Vibration 330, 1904-1916 [57] Viet L.D, Anh N.D and Matsuhisa H (2011), Vibration control of a pendulum structure by a dynamic vibration absorber moving in both normal and tangential directions, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering 225(5), 1087-1095 [58] Viet L.D and Nguyen N.X (2012), Some types of dynamic vibration absorbers in pendulum structures, The 2nd International Conference on Engineering Mechanics and Automation (ICEMA2), Hanoi, August 16-17, 2012 [59] Viet L.D and Nguyen N.X (2013), Passive and semi active dampings of two orthogonal dynamic vibration absorbers in a pendulum structure, 20th International Congress on Sound and Vibration (ICSV20), Bangkok, Thailand, 7-11 July 2013 [60] Warburton G.B (1982), Optimal absorber parameters for various combinations of response and excitation parameters, Earthquake Engineering and Structural Dynamics 10, 381-401 [61] Wong W.O and Cheung Y.L (2008), Optimal design of a damped dynamic vibration absorber for vibration control of structure excited by ground motion, Engineering Structures 30, 282-286 136 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com [62] Yamaguchi H (1988), Damping of transient vibration by a dynamic absorber, Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineering, Series C 54, 561-568 137 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com ... liệu kết cấu Bộ hấp thụ dao động chia làm hai loại chính: • Bộ hấp thụ dao động lắp trong: loại hấp thụ dao động hoạt động thông qua chuyển động tương đối phần bên kết cấu Bộ hấp thụ dao động lắp. .. Damper) loại hấp thụ dao động lắp TMD chất hệ tích hợp khối lượng, lị xo với hấp thụ dao động lắp khác hấp thụ dao động đàn nhớt hấp thụ dao động chất lỏng nhớt Khi sử dụng hấp thụ dao động lắp trong,... NHIÊN Nguyễn Xuân Nguyên NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ TỐI ƯU VÀ ĐIỀU KHIỂN BỘ HẤP THỤ DAO ĐỘNG CĨ BỘ CẢN VÀ LỊ XO LẮP ĐẶT PHỨC HỢP Chuyên ngành: Cơ học vật rắn Mã số: 62440107 LUẬN ÁN TIẾN SĨ CƠ HỌC Người