NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ TỐI ƢU VÀ ĐIỀU KHIỂN BỘ HẤP THỤ DAO ĐỘNG CÓ BỘ CẢN VÀ LÒ XO LẮP ĐẶT PHỨC HỢP

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - NGUYỄN XUÂN NGUYÊN NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ TỐI ƢU VÀ ĐIỀU KHIỂN BỘ HẤP THỤ DAO ĐỘNG CÓ BỘ CẢN VÀ LÒ XO LẮP ĐẶT PHỨC HỢP Chuyên ngành: Mã số: Cơ học vật thể rắn 62442101 DỰ THẢO TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ CƠ HỌC HÀ NỘI - 2015 Công trình hoàn thành tại: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc Gia Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: GS.TSKH Nguyễn Đông Anh TS Lã Đức Việt Phản biện : Phản biện : Phản biện : Luận án bảo vệ trước Hội đồng cấp Đại học Quốc gia chấm luận án tiến sĩ họp vào hồi ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Quốc gia Việt Nam - Trung tâm Thông tin - Thư viện, Đại học Quốc gia Hà Nội Mở đầu Dao động có hại xuất nhiều lĩnh vực thực tế: phương tiện giao thông di chuyển mặt đường, tàu thủy công trình khơi chịu tác động sóng gió, công trình xây dựng chịu tác động gió động đất, thiết bị máy móc trình hoạt động với tốc độ cao, Vì công nghệ giảm dao động vấn đề quan tâm mặt lý thuyết ứng dụng trung tâm nghiên cứu trường đại học giới Trước đây, phương pháp phổ biến để giảm dao động tăng cường độ cứng kết cấu Tuy nhiên phương pháp ngày tỏ không hiệu chi phí độ phức tạp lớn quy mô kết cấu ngày có xu hướng tăng lên Chính vậy, vài thập kỷ gần đây, việc sử dụng thiết bị tiêu tán lượng để giảm dao động ngày phổ biến rộng rãi giới tính hiệu kinh tế, việc lắp đặt thay lại đơn giản Các thiết bị tiêu tán lượng lắp đặt với mục đích hấp thụ chuyển hóa lượng dư thừa kết cấu thành dạng lượng khác từ làm giảm dao động kết cấu Thiết bị tiêu tán lượng dạng khối lượng dạng thiết bị tiêu tán lượng lắp Chúng tỏ hiệu kết cấu tương đối cứng, chuyển động tương đối thành phần kết cấu nhỏ Các nghiên cứu thiết bị tiêu tán lượng dạng khối lượng nhận nhiều quan tâm nhà khoa học Việt Nam giới Đối tượng phạm vi nghiên cứu luận án • Đối tượng nghiên cứu: Thiết bị tiêu tán lượng dạng khối lượng mô hình kinh điển, mô hình nối mô hình ba thành phần kết cấu có dạng khối lượng lò xo, lắc thuận lắc ngược • Phạm vi nghiên cứu: Luận án đề cập tới toán thiết kế tối ưu thiết bị tiêu tán lượng dạng khối lượng trường hợp thụ động đề thuật toán điều khiển trường hợp nửa tích cực Mục tiêu luận án • Mục tiêu thứ luận án tìm thông số tối ưu thiết bị tiêu tán lượng dạng khối lượng cho kết cấu có cản trường hợp điều khiển thụ động • Mục tiêu thứ hai luận án đề xuất thuật toán điều khiển trường hợp điều khiển nửa tích cực bật-tắt cản • Mục tiêu thứ ba luận án minh họa hiệu kết thu mô số Phương pháp nghiên cứu • Các kết thu luận án tìm cách phép biến đổi giải tích • Mô số để minh họa hiệu thực phần mềm MATLAB Các kết luận án • Tìm thông số tối ưu thiết bị tiêu tán lượng dạng khối lượng kinh điển cho kết cấu khối lượng lò xo có cản • Tìm thông số tối ưu thiết bị tiêu tán lượng dạng khối lượng nối cho kết cấu khối lượng lò xo có cản • Tìm thông số tối ưu thiết bị tiêu tán lượng dạng khối lượng ba thành phần cho kết cấu khối lượng lò xo có cản • Tìm thông số tối ưu thiết bị tiêu tán lượng dạng khối lượng cho cấu lắc ngược hai trường hợp không cản có cản • Đề xuất thuật toán điều khiển cản tắt bật thiết bị tiêu tán lượng kinh điển, thiết bị tiêu tán lượng nối thiết bị tiêu tán lượng kết cấu dạng lắc Cấu trúc luận án Luận án bao gồm ba chương: • Chương trình bày tổng quan khái niệm thiết bị tiêu tán lượng nói chung thiết bị tiêu tán lượng dạng khối lượng nói riêng Khái quát tình hình nghiên cứu giới thiết bị tiêu tán lượng • Chương trình bày phương pháp tính toán thông số tối ưu thiết bị tiêu tán lượng dạng khối lượng cho kết cấu có cản trường hợp điều khiển thụ động • Chương trình bày thuật toán điều khiển cản tắt bật thiết bị tiêu tán lượng dạng khối lượng Chương Tổng quan 1.1 Thiết bị tiêu tán lượng Dao động va chạm tượng phổ biến thực tế Đa phần dao động va chạm có hại Do yêu cầu cần giảm dao động va chạm quan trọng Có nhiều giải pháp để giảm dao động va chạm Các giải pháp bao gồm: Giải pháp hình học, Giải pháp kết cấu, Giải pháp cách ly nền, Giải pháp sử dụng thiết bị tiêu tán lượng Trong giải pháp giải pháp sử dụng thiết bị tiêu tán lượng giải pháp sử dụng rộng rãi chúng có ưu điểm: Hiệu mặt kỹ thuật, Hiệu kinh tế, Dễ dàng lắp đặt bảo dưỡng, Đạt yêu cầu thẩm mỹ Thiết bị tiêu tán lượng chia làm hai loại chính: • Thiết bị tiêu tán lượng lắp trong: loại thiết bị tiêu tán lượng hoạt động thông qua chuyển động tương đối phần bên kết cấu Thiết bị tiêu tán lượng lắp bao gồm thiết bị tiêu tán lượng kim loại BRB (Buckling Restrained Braces), thiết bị tiêu tán lượng dạng thép, thiết bị tiêu tán lượng ma sát dạng Pall, thiết bị tiêu tán lượng ma sát qua chuyển động quay, thiết bị tiêu tán lượng kim loại ma sát dạng trục, thiết bị tiêu tán lượng đàn nhớt, thiết bị tiêu tán lượng dạng vách cản nhớt, thiết bị tiêu tán lượng chất lỏng nhớt dạng khe van, • Thiết bị tiêu tán lượng lắp ngoài: bao gồm thiết bị tiêu tán lượng dạng khối lượng hay gọi TMD (Tuned Mass Damper) DVA (Dynamic Vibration Absorber) thiết bị tiêu tán lượng dạng chất lỏng TLD (Tuned Liquid Damper) Thiết bị tiêu tán lượng lắp tỏ hiệu trường hợp kết cấu cứng, chuyển động tương đối phần kết cấu nhỏ 1.2 Thiết bị tiêu tán lượng dạng khối lượng Thiết bị tiêu tán lượng dạng khối lượng TMD (Tuned Mass Damper) loại thiết thiết bị tiêu tán lượng lắp TMD chất hệ tích hợp khối lượng, lò xo với thiết bị tiêu tán lượng lắp khác thiết bị tiêu tán lượng đàn nhớt thiết bị tiêu tán lượng chất lỏng nhớt 1.3 Thiết bị tiêu tán lượng TMD thụ động Điều khiển thụ động trường hợp lượng truyền vào hệ sự điều khiển thực mà hoàn toàn có thiết bị học để tiêu tán lượng 1.3.1 Mô hình TMD kinh điển Mô hình TMD kinh điển đưa Ormondroyd Den Hartog (1928) phần tử cản nhớt phần tử lò xo mắc song song hình 1.1 Hình 1.1: Mô hình TMD kinh điển Trong toán thiết kết TMD, mục tiêu đưa thông số tối ưu TMD cho hiệu giảm dao động tốt Tuy nhiên thực tế khối lượng TMD lớn (thông thường khoảng 3% đến 5% khối lượng kết cấu chính), hai thông số cần phải tối ưu TMD tỷ số tần số TMD so với kết cấu tỷ số cản TMD Đã có nhiều tiêu chuẩn đưa để thiết kế TMD Ba tiêu chuẩn điển hình thường hay dùng tiêu chuẩn H∞ , tiêu chuẩn H2 tiêu chuẩn cực đại ổn định Trong trường hợp kết cấu không cản, toàn tiêu chuẩn có lời giải giải tích kết cấu không cản Tuy nhiên giả thiết kết cấu không cản xấp xỉ gần thực tế luôn tồn cản kết cấu Khi tính đến cản kết cấu chính, việc tìm lời giải giải tích cho tham số tối ưu TMD trở lên khó khăn nhiều Hai tiêu chuẩn H2 cực đại ổn định có lời giải xác, tiêu chuẩn H∞ có lời giải số lời giải xấp xỉ giải tích Mục tiêu luận án đưa lời giải xấp xỉ giải tích tiêu chuẩn H∞ xác kết có 1.3.2 Mô hình TMD nối Hình 1.2: Mô hình TMD nối Mô hình TMD nối đề xuất Ren (2001) Liu (2005) hình 1.2 Không giống mô hình TMD kinh điển, phần tử cản nhớt mô hình TMD nối kết liên kết khối lượng TMD trực tiếp với thay khối lượng kết cấu Đã có số nghiên cứu TMD nối chủ yếu tập trung vào trường hợp kết cấu không cản Trong trường hợp hệ có cản, theo hiểu biết nghiên cứu sinh có nghiên cứu Liu Coppola (2010) Trong báo họ đưa công thức giải tích xấp xỉ thông số TMD cách sử dụng phương pháp Ghosh and Basu (2007) sau thực phương pháp số Mục đích luận án đưa lời giải giải tích xấp xỉ cho TMD nối kết cấu có cản tốt lời giải Liu Coppola (2010) 1.3.3 Mô hình TMD ba thành phần Hình 1.3: Mô hình TMD ba thành phần Mô hình TMD ba thành phần Hình 1.3 đề xuất Asami Nishihara (1999) Khác với mô hình TMD kinh điển, mô hình TMD ba thành phần chứa hai phần tử lò xo, phần tử lò xo mắc nối tiếp với phần tử cản nhớt sau hệ mắc song song với phần tử lò xo lại Đã có số nghiên cứu TMD ba thành phần kết cấu không cản nghiên cứu mô hình TMD ba thành phần có hiệu tốt so với mô hình TMD kinh điển Đối với trường hợp kết cấu có cản, theo hiểu biết nghiên cứu sinh chưa có nghiên cứu mô hình TMD ba thành phần Mục tiêu luận án đưa công thức giải tích xấp xỉ cho thông số tối ưu TMD ba thành phần 1.3.4 Mô hình kết cấu lắc thuận Hình 1.5: Mô hình lắc thuận Mô hình kết cấu lắc thuận hình 1.5 đề xuất Matsuhisa cộng (1995) họ nghiên cứu kết cấu tàu cáp treo, cầu phao nổi, Tuy nhiên đặc điểm khác biệt mô hình lắc so với mô hình hệ khối lượng-lò xo xuất tính phi tuyến vị trí TMD mô hình lắc Con lắc tiếp tuyến hiệu đặt khối tâm kết cấu Để khắc phục điều này, Matsuhisa cộng (2005) đề xuất mô hình TMD chuyển động theo phương pháp tuyến Các tác giả Việt, Anh Matsuhisa (2011a) tính toán thông số tối ưu TMD chuyển động theo phương pháp tuyến phương pháp độ cản hiệu dụng Sau Việt, Anh Matsuhisa (2011b, 2012a) nghiên cứu trường hợp TMD chuyển động đồng thời theo hai phương trường hợp lắp đồng thời hai TMD chuyển động theo hai phương 1.3.5 Mô hình kết cấu lắc ngược Hình 1.6: Mô hình lắc ngược Mô hình lắc ngược mô tả nhiều kết cấu thực tế tòa nhà cao tầng, tháp viễn thông, công trình biển, Mô hình lắc ngược Hình 1.6 đưa Anh cộng (2007) Trong báo tác giả sử dụng tiêu chuẩn cực đại ổn định để đưa thông số tối ưu TMD trường hợp kết cấu lắc ngược không cản Sau Pedro Guimaraes cộng (2013) sử dụng mô hình cho toán giảm dao động tuốc bin gió phát điện Mục tiêu luận án đưa thông số TMD cho kết cấu lắc ngược không cản có cản cách sử dụng tiêu chuẩn H∞ Chương Thiết bị tiêu tán lượng dạng thụ động 2.1 Mô hình thiết bị tiêu tán lượng dạng kinh điển 2.1.1 Tiêu chuẩn tuyến tính hóa tương đương đối ngẫu Mặc dù phương pháp tuyến tính hóa tương đương thường áp dụng để tuyến tính hóa hệ phi tuyến, nhiên luận án áp dụng ý tưởng phương pháp tuyến tính hóa tương đương để thu xấp xỉ hệ không cản từ hệ ban đầu có cản để dễ dàng việc tìm lời giải cho tham số tối ưu TMD Phương pháp tuyến tính hóa tương đương cho hệ tiền định đề xuất Krylov Bogoliubov (1943) Sau Caughey (1956, 1960) mở rộng phương pháp để áp dụng cho hệ ngẫu nhiên Xét hệ ngẫu nhiên bậc tự với hàm phi tuyến phụ thuộc vào dịch chuyển vận tốc sau x ¨ + 2hx˙ + ω02 + g(x, x) ˙ = f (t) (2.6) h, ω0 số dương, g(x, x) ˙ hàm phi tuyến hai biến x x ˙ Phương trình (2.6) sau tuyến tính hóa có dạng sau x ¨ + (2h + b)x˙ + (ω02 + k)x = f (t) (2.7) hai hệ số tuyến tính hóa b k tìm tiêu chuẩn tối ưu Có nhiều tiêu chuẩn tối ưu đề xuất, nhiên tiêu chuẩn 11 sử dụng rộng rãi tiêu chuẩn sai số bình phương trung bình Tiêu chuẩn yêu cầu sai số e(x) = g(x, x) ˙ − bx˙ − kx phương trình phi tuyến (2.6) phương trình tuyến tính hóa (2.7) nhỏ e2 (x) = (g(x, x) ˙ − bx˙ − kx)2 −→ minb,k (2.8) toán tử · giá trị trung bình chu kỳ hay phần chu kỳ hệ tiền định, kỳ vọng trường hợp hệ ngẫu nhiên Mặc dù tiêu chuẩn (2.8) đưa xấp xỉ tốt, nhiên nhiều trường hợp hệ phi tuyến mạnh sai số sử dụng tiêu chuẩn (2.8) lại lớn Để làm giảm sai số này, tác giả Nguyễn Đông Anh cộng (2012a) đề xuất tiêu chuẩn đối ngẫu cho phương pháp tuyến tính hóa tương đương Ý tưởng tiêu chuẩn giải thích sau: tiêu chuẩn thông thường thay hệ phi tuyến hệ tuyến tính tương đương với hệ phi tuyến ban đầu, sử dụng khái niệm đối ngẫu ta thay hệ tuyến tính tương đương thu hệ phi tuyến dạng với hệ phi tuyến ban đầu Kết hợp hai bước thay này, đưa tiêu chuẩn đối ngẫu sau ˙ −→ minb,k,λ (g(x, x) ˙ − bx˙ − kx)2 + (bx˙ + kx − λg(x, x)) (2.9) Trong phương trình (2.9), số hạng mô tả thay thông thường, số hạng thứ hai thay đối ngẫu Sử dụng ý tưởng thay phương pháp tuyến tính hóa tương đương, luận án đề xuất tiêu chuẩn thay tổng quát A − αB + αB − βA −→ minα,β (2.10) Khi A hệ phi tuyến B hệ tuyến tính, có phương pháp tuyến tính hóa tương đương Còn A kết cấu có cản B kết cấu cản, có toán xấp xỉ thông số tối ưu TMD cho hệ có cản 2.1.2 Kết cấu không cản tương đương Ý tưởng phần sử dụng tiêu chuẩn (2.10) để thay hệ có cản hình 2.3a hệ không cản tương đương hình 2.3b Trong hình 2.3a, với hệ có cản ban đầu, phương trình chuyển động có dạng x ¨s + 2ξs ωs x˙ s + ωs2 xs = (2.11) Trong hình 2.3b với hệ không cản tương đương, phương trình chuyển động x¨s + ωe2 xs = 12 (2.12) Hình 2.3: Sự xấp xỉ hệ ωe tần số tương đương xác định ωe2 = ωs2 + γ (2.13) Sử dụng tiêu chuẩn (2.10), thay đại lượng 2ξs ωs x˙ s đại lượng γxs , tham số γ xác định tiêu chuẩn sau S = (2ξs ωs x˙ s − γxs )2 D + (γxs − 2λξs ωs x˙ s )2 D −→ minγ,λ (2.14) toán tử · D = D D (·) dt (2.15) với D miền lấy trung bình Đại lượng tiêu chuẩn (2.14) thay thông thường, đại lượng thứ hai mô tả thay đối ngẫu Các hệ số γ λ xác định hệ phương trình sau ∂S =0 ∂γ ∂S =0 ∂λ (2.16) Sau vài phép biến đổi, cuối ta thu ωs ωe = 1+ π2 (π −2)2 ξs + π π −2 ξs (2.25) Như phần ta thay hệ có cản hệ không cản với tần số tương đương tính theo phương trình (2.25) Trong phần sử dụng kết để đưa công thức xấp xỉ cho thông số tối ưu TMD kết cấu có cản 13 2.1.3 Các thông số tối ưu TMD kết cấu có cản chịu kích động lực Sử dụng phương trình (2.25) kết DenHartog (1956) kết cấu không cản tương đương, ta thu hệ số tối ưu TMD sau α= (1 + µ) ξd = 1+ π2 (π −2)2 ξs + π π −2 ξs (2.30) 3µ 8(1 + µ) 2.1.4 Các thông số tối ưu TMD kết cấu có cản chịu kích động Trong trường hợp tối ưu hóa chuyển dịch tuyệt đối kết cấu chính, tham số tối ưu TMD cho giống phương trình (2.30) Trong trường hợp tối ưu chuyển dịch tương đối kết cấu chính, sử dụng phương trình (2.25) kết kết cấu không cản Warburton (1982), ta thu thông số tối ưu TMD sau 1− α= (1 + µ) ξ= 1+ 3µ 8(1 + µ) − µ π2 (π −2)2 ξs + π π −2 ξs (2.35) µ Các kết (2.30) (2.35) đề xuất luận án so sánh với kết xấp xỉ Ghosh Basu (2007), Asami cộng (2002c) kết số Ioi Ikeda (1978) để khẳng định tính đắn phương pháp đề xuất 14 2.2 Mô hình thiết bị tiêu tán lượng dạng nối 2.2.1 Các thông số tối ưu TMD kết cấu có cản chịu kích động lực Các thông số tối ưu TMD nối α= √ 1−µ ξd = 1+ π2 (π −2)2 ξs + π π −2 ξs (2.48) 3µ 2−µ 2.2.2 Các thông số tối ưu TMD kết cấu có cản chịu kích động Trong trường hợp cực tiểu chuyển dịch tuyệt đối kết cấu chính, thông số tối ưu TMD dạng nối α= √ 1−µ ξd = 1+ π2 (π −2)2 ξs + π π −2 ξs (2.51) µ(3 − µ) Trong trường hợp hàm mục tiêu chuyển dịch tương đối kết cấu chính, ta thu thông số tối ưu TMD dạng nối sau α= 1+ ξd = π2 (π −2)2 ξs2 + π π −2 ξs 2−µ (2.54) µ(12 + 8µ − µ2 ) 8(µ2 + 2µ + 4) Các kết (2.48), (2.51) (2.54) đưa luận án so sánh với kết Liu Liu (2005), Wong Cheung (2008), Liu Coppola (2010) để khẳng định tính đắn phương pháp đề xuất 15 2.3 Mô hình thiết bị tiêu tán lượng ba thành phần 2.3.1 Các thông số tối ưu TMD hệ có cản chịu kích động lực Các thông số tối ưu TMD ba thành phần α= 1+ κ= µ+ ξd = (π π2 π ξs2 − ξs − 2) π −2 1+µ 1− µ 1+µ (2.62) µ(1 + µ) √ + r −b − b2 − ac · r a 1+µ , a = −2 − 2r + 5r2 + 4r3 − 2r5 + r6 µ b = − 3r2 − r4 , c = −2 + 2r + r2 r= 2.3.2 Các thông số tối ưu TMD hệ chịu kích động Các thông số tối ưu TMD ba thành phần trường hợp giống phương trình (2.62) Kết (2.62) luận án so sánh với kết Asami Nishihara (1999) để khẳng định tính đắn phương pháp đề xuất 16 2.4 Thiết bị tiêu tán lượng kết cấu lắc ngược 2.4.1 Kết cấu không cản Sử dụng phương pháp điểm cố định cho tiêu chuẩn H∞ , ta thu thông số tối ưu TMD sau α= ξd = − µγη(2 + µγ ) + µγ 1−α2 (3+µγ ) 2+µγ + α4 (2+µγ +µ2 γ η)+α2 (2µγη+µη +µ2 γ η )+µη 2α2 (1−µγη)−µη (2.78) 2α + µγ Kết (2.78) rút gọn thành kết Den Hartog (1956) hệ có dạng khối lượng lò xo γ = 1, η = 0, trở thành kết Matsuhisa cộng (1995) hệ lắc thuận η = −1 2.4.2 Kết cấu có cản Các thông số tối ưu TMD lắp đặt vào hệ lắc ngược có cản   − µγη(2 + µγ )  π π ξs2 − ξs  α= 1+ + µγ π2 − π −2 (2.99) α4 (2+µγ +µ2 γ η)+α2 (2µγη+µη +µ2 γ η )+µη 1−α2 (3+µγ ) + 2+µγ 2α2 (1−µγη)−µη ξd = 2α + µγ Để xác minh tính đắn công thức (2.78) (2.99) đề xuất luận án, mô số thực mô hình tháp có khớp nối ngập mặt nước biển (Bar-Avi Benaroya, 1996) 17 Chương Thiết bị tiêu tán lượng nửa tích cực 3.1 Thuật toán điều khiển thiết bị cản dạng tắt bật Khi thiết bị tiêu tán lượng TMD sử dụng cản dạng tắt bật tỷ số cản ξ thay đổi tức thời hai giá trị: giá trị cản lớn ξh giá trị cản nhỏ ξl Ý tưởng thuật toán điều khiển đề xuất tác giả Lã Đức Việt (2012b) cản tắt bật làm khuếch đại chuyển động TMD, từ lượng tiêu tán nhiều lên, dẫn đến việc giảm dao động cho kết cấu tốt Diễn giải chi tiết thuật toán điều khiển thiết bị cản tắt bật mô tả sơ đồ 3.1 Khi vận tốc TMD lực kết cấu tác dụng vào TMD chiều tỷ số cản ξ nhận giá trị cản nhỏ ξl để giải phóng cho TMD chuyển động xa vị trí cân bằng, vận tốc TMD lực kết cấu tác dụng vào TMD ngược chiều tỷ số cản ξ nhận giá trị cản lớn ξh để ngăn cản TMD chuyển động vị trí cân Trong phần tiếp theo, luận án sử dụng thuật toán 3.1 để đưa phương trình điều khiển loại TMD sử dụng thiết bị cản tắt bật lắp đặt vào kết cấu 18 Hình 3.1: Thuật toán điều khiển thiết bị cản dạng tắt bật 3.2 Thiết bị tiêu tán lượng kinh điển nửa tích cực 3.2.1 Kết cấu chịu kích động lực Phương trình điều khiển cản tắt bật TMD đề xuất sau ξh x˙ d · xs < ξd = (3.4) ξl x˙ d · xs ≥ 3.2.2 Kết cấu chịu kích động Phương trình điều khiển cản tắt bật TMD giống phương trình (3.4) 3.3 Thiết bị tiêu tán lượng nửa tích cực dạng nối 3.3.1 Kết cấu chịu kích động lực Thuật toán điều khiển cản tắt bật TMD đề xuất sau ξd = ξl ξh x˙ d · xs ≥ x˙ d · xs < 19 (3.8) 3.3.2 Kết cấu chịu kích động Thuật toán điều khiển cản tắt bật TMD giống phương trình (3.8) 3.4 Thiết bị tiêu tán lượng nửa tích cực kết cấu lắc thuận 3.4.1 TMD nửa tích cực chuyển động theo phương tiếp tuyến Hình 3.25: TMD tiếp tuyến nửa tích cực Hình vẽ 3.25 mô tả TMD tiếp tuyến nửa tích cực lắp đặt vào kết cấu Thuật toán điều khiển cản tắt bật TMD đề xuất sau ξl (γ − 1)zθ ˙ >0 ξ= (3.35) ξh ngược lại 3.4.2 TMD nửa tích cực chuyển động theo phương pháp tuyến Hình vẽ 3.30 mô tả TMD nửa tích cực chuyển động theo phương pháp tuyến lắp đặt vào kết cấu Thuật toán điều khiển cản tắt bật 20 Hình 3.30: TMD pháp tuyến nửa tích cực TMD pháp tuyến đề xuất sau ξ= ξl ξh z˙ θ2 − θ˙2 > ngược lại (3.41) 3.4.3 Một TMD nửa tích cực chuyển động đồng thời theo hai phương Hình 3.35 mô tả TMD nửa tích cực chuyển động đồng thời theo hai phương lắp đặt vào kết cấu lắc thuận Thuật toán điều khiển hai cản tắt bật TMD chuyển động đồng thời theo hai phương đề xuất sau ξu = ξv = ξul ξuh ξvl ξvh z˙u θ2 − θ˙2 > ngược lại (γ − 1)z˙v θ > ngược lại (3.47) 3.4.4 Hai TMD nửa tích cực chuyển động đồng thời theo hai phương Mô hình hai TMD nửa tích cực chuyển động theo hai phương khác lắp đặt vào kết cấu dạng lắc thuận biểu diễn hình 21 Hình 3.35: Một TMD nửa tích cực chuyển động đồng thời theo hai phương Hình 3.38: Hai TMD nửa tích cực chuyển động đồng thời theo hai phương vẽ 3.38 Thuật toán điều khiển hai cản tắt bật hai TMD chuyển 22 động theo hai phương đề xuất sau ξv = ξu = ξvl ξvh z˙v (γv θ − sin θ) > ngược lại ξul z˙u − cos θ − γu θ˙2 > ξuh (3.50) ngược lại 3.5 Thiết bị tiêu tán lượng nửa tích cực kết cấu lắc ngược Hình 3.41: Mô hình TMD nửa tích cực dạng lắc lắp đặt vào kết cấu lắc ngược Hình vẽ 3.41 mô tả TMD nửa tích cực dạng lắc lắp đặt vào kết cấu lắc ngược Thuật toán điều khiển cản tắt bật TMD dạng lắc đề xuất sau ξd = ξdl ξdh (γ + η)zθ ˙ >0 ngược lại (3.55) Để xác minh tính đắn thuật toán điều khiển (3.55) đề xuất luận án, mô số thực mô hình tháp có khớp nối ngập mặt nước biển (Bar-Avi Benaroya, 1996) 23 Kết luận Dao động xảy hầu hết kết cấu kỹ thuật thực tế máy móc, tòa nhà cao tầng, cầu, phương tiện giao thông vận tải, Đa phần dao động có hại ảnh hưởng đến độ bền 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 thiết bị tiêu tán lượng 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 cản tắt bật hấp thụ dao động nửa tích cực Luận án đạt kết sau: • Đã tìm thông số tối ưu thiết bị tiêu tán lượng dạng khối lượng kinh điển cho kết cấu khối lượng lò xo có cản • Đã tìm thông số tối ưu thiết bị tiêu tán lượng dạng khối lượng nối cho kết cấu khối lượng lò xo có cản • Đã tìm thông số tối ưu thiết bị tiêu tán lượng dạng khối lượng ba thành phần cho kết cấu khối lượng lò xo có cản • Đã tìm thông số tối ưu thiết bị tiêu tán lượng dạng khối lượng cho cấu lắc ngược hai trường hợp không cản có cản • Đã đề xuất thuật toán điều khiển cản tắt bật thiết bị tiêu tán lượng kinh điển, thiết bị tiêu tán lượng nối thiết bị tiêu tán lượng kết cấu dạng lắc 24 Danh mục công 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-SpringPendulum 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) [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), 45-55 (ISI) [9] 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 (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 (2015), Research on the design of nontraditional dynamic vibration absorber for damped structures under ground motion, Journal of Mechanical Science and Technology, accepted (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) 25 [...]... lắp đặt và bảo dưỡng Luận án đề cập tới việc thiết kế tối ưu của bộ hấp thụ dao động dạng khối lượng trong trường hợp thụ động và nghiên cứu đề xuất thuật toán điều khiển đối với cản tắt bật của bộ hấp thụ dao động nửa tích cực Luận án đã đạt được những kết quả chính như sau: • Đã tìm ra các thông số tối ưu của thiết bị tiêu tán năng lượng dạng khối lượng kinh điển cho kết cấu chính khối lượng lò xo. .. TMD và lực do kết cấu chính tác dụng vào TMD là ngược chiều thì tỷ số cản ξ sẽ nhận giá trị cản lớn ξh để ngăn cản TMD chuyển động về vị trí cân bằng Trong phần tiếp theo, luận án sẽ sử dụng thuật toán 3.1 để đưa ra các phương trình điều khiển đối với các loại TMD sử dụng thiết bị cản tắt bật khi lắp đặt vào kết cấu chính 18 Hình 3.1: Thuật toán điều khiển đối với thiết bị cản dạng tắt bật 3.2 Thiết. ..1.4 Thiết bị tiêu tán năng lượng TMD nửa tích cực 1.4.1 Điều khiển nửa tích cực Khác với điều khiển thụ động, trong điều khiển nửa tích cực các thông số của TMD sẽ thay đổi phụ thuộc vào trạng thái của cơ hệ theo một thuật toán điều khiển tối ưu nào đó Tuy nhiên năng lượng cần để thay đổi các thông số của TMD là rất nhỏ Ưu điểm của điều khiển nửa tích cực đó là nó gần giống điều khiển thụ động bởi... hệ phi tuyến và B là hệ tuyến tính, chúng ta có phương pháp tuyến tính hóa tương đương Còn khi A là kết cấu có cản và B là kết cấu không có cản, chúng ta có bài toán xấp xỉ các thông số tối ưu của TMD cho hệ chính có cản 2.1.2 Kết cấu không cản tương đương Ý tưởng chính trong phần này đó là sử dụng tiêu chuẩn (2.10) để thay thế hệ chính có cản như trong hình 2.3a bằng một hệ chính không cản tương đương... kinh điển cho kết cấu chính khối lượng lò xo có cản • Đã tìm ra các thông số tối ưu của thiết bị tiêu tán năng lượng dạng khối lượng nối nền cho kết cấu chính khối lượng lò xo có cản • Đã tìm ra các thông số tối ưu của thiết bị tiêu tán năng lượng dạng khối lượng ba thành phần cho kết cấu chính khối lượng lò xo có cản • Đã tìm ra các thông số tối ưu của thiết bị tiêu tán năng lượng dạng khối lượng... tính đơn giản và an toàn, bên cạnh đó lại có đặc tính thay đổi và hiệu quả của điều khiển tích cực 1.4.2 Thiết bị cản nhớt dạng tắt bật Thiết bị cản nhớt biến thiên là loại thiết bị ra đời sớm nhất của điều khiển nửa tích cực nhưng vẫn được sử dụng rộng rãi bởi vì tính hiệu quả và đơn giản của nó Một thiết bị cản nhớt có thể thu được bằng cách sử dụng một pittông thủy lực trong đó chất lỏng có thể chảy... thông số tối ưu của TMD đối với các kết cấu chính có cản 13 2.1.3 Các thông số tối ưu của TMD khi kết cấu chính có cản chịu kích động lực Sử dụng phương trình (2.25) và kết quả của DenHartog (1956) đối với kết cấu chính không cản tương đương, ta thu được các hệ số tối ưu của TMD như sau 1 α= (1 + µ) ξd = 1+ π2 2 (π 2 −2)2 ξs + π π 2 −2 ξs (2.30) 3µ 8(1 + µ) 2.1.4 Các thông số tối ưu của TMD khi kết cấu... hình tháp có khớp nối ngập dưới mặt nước biển (Bar-Avi và Benaroya, 1996) 17 Chương 3 Thiết bị tiêu tán năng lượng nửa tích cực 3.1 Thuật toán điều khiển đối với thiết bị cản dạng tắt bật Khi một thiết bị tiêu tán năng lượng TMD sử dụng cản dạng tắt bật thì tỷ số cản ξ của nó có thể thay đổi tức thời giữa hai giá trị: giá trị cản lớn ξh và giá trị cản nhỏ ξl Ý tưởng chính của thuật toán điều khiển đề... hoàn toàn và đóng hoàn toàn hoặc điện từ trường cũng có hai trạng thái: tắt và mở Thiết bị cản tắt bật này được sử dụng rộng rãi bởi vì hai lý do Thứ nhất nó là thiết bị dạng đơn giản nhất nên dễ dàng chế tạo Thứ hai là thuật toán điều khiển sẽ dễ dàng thực hiện mà không cần phải quá bận tâm về tính phi tuyến của thiết bị Đã có rất nhiều nghiên cứu đề xuất các thuật toán điều khiển cho thiết bị cản nhớt... 3.25 mô tả TMD tiếp tuyến nửa tích cực lắp đặt vào kết cấu chính Thuật toán điều khiển đối với cản tắt bật của TMD được đề xuất như sau ξl nếu (γ − 1)zθ ˙ >0 ξ= (3.35) ξh nếu ngược lại 3.4.2 TMD nửa tích cực chuyển động theo phương pháp tuyến Hình vẽ 3.30 mô tả TMD nửa tích cực chuyển động theo phương pháp tuyến lắp đặt vào kết cấu chính Thuật toán điều khiển đối với cản tắt bật 20 Hình 3.30: TMD pháp ... 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,... lắc 24 Danh mục công 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-SpringPendulum... [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