Điều khiển tối ưu dao động bằng kết hợp nhiều bộ giảm chấn động lực (Luận án tiến sĩ)

Điều khiển tối ưu dao động bằng kết hợp nhiều bộ giảm chấn động lực (Luận án tiến sĩ)Điều khiển tối ưu dao động bằng kết hợp nhiều bộ giảm chấn động lực (Luận án tiến sĩ)Điều khiển tối ưu dao động bằng kết hợp nhiều bộ giảm chấn động lực (Luận án tiến sĩ)Điều khiển tối ưu dao động bằng kết hợp nhiều bộ giảm chấn động lực (Luận án tiến sĩ)Điều khiển tối ưu dao động bằng kết hợp nhiều bộ giảm chấn động lực (Luận án tiến sĩ)Điều khiển tối ưu dao động bằng kết hợp nhiều bộ giảm chấn động lực (Luận án tiến sĩ)Điều khiển tối ưu dao động bằng kết hợp nhiều bộ giảm chấn động lực (Luận án tiến sĩ)Điều khiển tối ưu dao động bằng kết hợp nhiều bộ giảm chấn động lực (Luận án tiến sĩ)Điều khiển tối ưu dao động bằng kết hợp nhiều bộ giảm chấn động lực (Luận án tiến sĩ)Điều khiển tối ưu dao động bằng kết hợp nhiều bộ giảm chấn động lực (Luận án tiến sĩ)Điều khiển tối ưu dao động bằng kết hợp nhiều bộ giảm chấn động lực (Luận án tiến sĩ)Điều khiển tối ưu dao động bằng kết hợp nhiều bộ giảm chấn động lực (Luận án tiến sĩ)Điều khiển tối ưu dao động bằng kết hợp nhiều bộ giảm chấn động lực (Luận án tiến sĩ)

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng tơi hướng dẫn tập thể hướng dẫn GS.TSKH Nguyễn Văn Khang PGS.TS Nguyễn Phong Điền Các số liệu, kết tính tốn Luận án trung thực chưa công bố công trình khác Hà Nội, tháng 11 năm 2019 TẬP THỂ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC NGHIÊN CỨU SINH GS.TSKH Nguyễn Văn Khang PGS.TS Nguyễn Phong Điền Vũ Đức Phúc ii LỜI CẢM ƠN Tác giả xin trân trọng cảm ơn GS.TSKH Nguyễn Văn Khang PGS.TS Nguyễn Phong Điền tận tình hướng dẫn, tạo điều kiện, động viên, truyền cảm hứng niềm say mê nghiên cứu cho tác giả suốt trình học tập, thực hoàn thành luận án Tác giả xin trân trọng cảm ơn Viện Cơ khí, Phịng Đào tạo Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, đặc biệt Thầy, Cô môn Cơ học ứng dụng tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ tác giả trình học tập, nghiên cứu thực luận án Tác giả xin trân trọng cảm ơn Ban Giám hiệu, lãnh đạo Khoa Cơ khí trường Đại học SPKT Hưng n có hỗ trợ kinh phí tạo điều kiện thời gian cho tác giả trình học tập nghiên cứu Cuối cùng, tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới toàn thể gia đình, bạn bè, đồng nghiệp người chia sẻ, động viên, giúp đỡ tác giả học tập, nghiên cứu hoàn thành luận án Nghiên cứu sinh Vũ Đức Phúc iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ii LỜI CẢM ƠN iii MỤC LỤC iv DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT vii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU viii DANH MỤC CÁC BẢNG xi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ xiii MỞ ĐẦU Mục đích nghiên cứu luận án Đối tượng nghiên cứu Các phương pháp nghiên cứu Nội dung luận án .2 Bố cục luận án CHƯƠNG TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN DAO ĐỘNG BẰNG BỘ GIẢM CHẤN ĐỘNG LỰC 1.1 Bài toán điều khiển dao động giảm chấn động lực 1.2 Tình hình nghiên cứu giới 1.3 Tình hình nghiên cứu nước 13 1.4 Xác định vấn đề nghiên cứu 16 CHƯƠNG ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU DAO ĐỘNG CỦA HỆ CHÍNH CĨ CẢN BẰNG NHIỀU BỘ GIẢM CHẤN ĐỘNG LỰC ĐƠN TẦN SỐ DỰA TRÊN PHƯƠNG PHÁP CỦA DEN-HARTOG 17 2.1 Mơ hình học hệ có cản lắp nhiều giảm chấn động lực .17 2.1.1 Thiết lập phương trình vi phân dao động hệ có cản lắp nhiều giảm chấn động lực .17 2.1.2 Nghiệm cưỡng bình ổn cho hệ phương trình vi phân dao động hệ có cản lắp nhiều giảm chấn động lực .18 2.1.3 Hàm đáp ứng tần số hệ lắp nhiều giảm chấn động lực 19 2.2 Mở rộng công thức Den – Hartog xác định tham số tối ưu hệ nhiều giảm chấn động lực đơn tần số cho hệ khơng cản .21 2.3 Thiết kế tối ưu tham số hệ nhiều giảm chấn động lực đơn tần số lắp hệ có cản phương pháp tuyến tính hóa tương đương 32 iv 2.3.1 Tiêu chuẩn bình phương tối thiểu 32 2.3.2 Tiêu chuẩn đối ngẫu 38 Kết luận chương 40 CHƯƠNG ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU DAO ĐỘNG CỦA HỆ CHÍNH CĨ CẢN BẰNG NHIỀU BỘ GIẢM CHẤN ĐỘNG LỰC ĐA TẦN SỐ DỰA TRÊN PHƯƠNG PHÁP TAGUCHI 42 3.1 Mơ hình dao động tương đương hệ nhiều giảm chấn chất lỏng nhiều giảm chấn khối lượng- cản nhớt 42 3.2 Thiết kế tham số tối ưu giảm chấn động lực đa tần số phương pháp thực nghiệm Fujino đồng nghiệp .46 3.2.1 Phương pháp phân tích 46 3.2.2 Khảo sát hiệu điều khiển dao động sử dụng hệ nhiều giảm chấn chất lỏng đa tần số 47 3.3 Thiết kế tối ưu tham số hệ nhiều giảm chấn động lực lắp hệ có cản dựa phương pháp Taguchi 50 3.3.1 Ý tưởng phương pháp Taguchi .50 3.3.2 Một thuật toán thiết kế tối ưu tham số hệ nhiều giảm chấn động lực đa tần số dựa phương pháp Taguchi 52 3.4 So sánh hiệu điều khiển dao động hệ lắp giảm chấn động lực đơn tần số đa tần số 66 3.5 So sánh hiệu điều khiển dao động hệ lắp giảm chấn động lực đơn tần số hai phương pháp 67 Kết luận chương 69 CHƯƠNG ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU DAO ĐỘNG UỐN CƯỠNG BỨC CỦA DẦM EULER - BERNOULLI CÓ CẢN BẰNG NHIỀU BỘ GIẢM CHẤN ĐỘNG LỰC 70 4.1 Dao động uốn cưỡng dầm Euler – Bernoulli có lắp nhiều giảm chấn động lực 70 4.1.1 Thiết lập hệ phương trình dao động uốn cưỡng dầm gắn nhiều giảm chấn động lực .70 4.1.2 Rời rạc hóa dầm liên tục phương pháp Ritz-Galerkin 72 4.1.3 Dạng ma trận phương trình vi phân chuyển động dầm lắp nhiều giảm chấn động lực .75 v 4.2 Hàm đáp ứng tần số dầm lắp nhiều giảm chấn động lực 79 4.3 Điều khiển tối ưu dao động uốn cưỡng dầm có cản nhiều giảm chấn động lực dựa phương pháp Taguchi 81 4.3.1 Điều khiển dao động uốn cưỡng dầm hai đầu lề giảm chấn động lực .81 4.3.2 Điều khiển dao động uốn cưỡng dầm đầu ngàm đầu tự nhiều giảm chấn động lực .93 Kết luận chương .100 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .101 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 103 TÀI LIỆU THAM KHẢO 104 PHỤ LỤC A 115 PHỤ LỤC B .118 PHỤ LỤC C .125 vi DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Tên tiếng anh Ý nghĩa viết tắt ANOVA Analysis of variance Phân tích phương sai ANOM Analysis of Mean Phân tích giá trị trung bình BPTT Least squares Bình phương tối thiểu DVA Dynamic Vibration Absorber Bộ giảm chấn động lực DVAs Dynamic Vibration Absorbers Nhiều giảm chấn động lực GAs Genetic Algorithms Thuật giải di truyền MTLD Multiple Tuned Liquid Damper Hệ giảm chấn chất lỏng đa tần số MTMD Multiple Tuned Mass Damper SDVA Single Dynamic Hệ giảm chấn khối lượng đa tần số Vibration Hệ giảm chấn động lực đơn tần số Absorbers STLD Single Tuned Liquid Damper Hệ giảm chấn chất lỏng đơn tần số STMD Single Tuned Mass Damper Hệ giảm chấn khối lượng đơn tần số SNR Signal to noise ratio Tỷ số nhiễu tín hiệu TMD Tuned Mass Damper Bộ giảm chấn khối lượng – cản nhớt TLD Tuned Liquid Damper Bộ giảm chấn chất lỏng TMDs Tuned Mass Dampers Nhiều giảm chấn khối lượng – cản nhớt TLDs Tuned Liquid Dampers Nhiều giảm chấn chất lỏng vii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU Ký hiệu Ý nghĩa Đơn vị b Bề rộng thùng chất lỏng m ca Hệ số cản giảm chấn động lực Ns/m cj Hệ số cản giảm chấn động lực thứ j Ns/m cs Hệ số cản hệ Ns/m c(i) Hệ số cản dầm 1/s c(e) Hệ số cản dầm s/m2 dj Hệ số cản giảm chấn động lực thứ j dầm Ns/m D Miền lấy tích phân D Ma trận cản hệ f Hàm mục tiêu có trọng số F0 Biên độ ngoại lực kích động N f TLD Tần số thùng chất lỏng Hz f(t) Véc tơ lực kích động N g Gia tốc trọng trường m/s2 H(Ω) Hàm đáp ứng tần số HA Biên độ hàm đáp ứng tần số đỉnh cộng hưởng A Hj Giá trị hàm mục tiêu thí nghiệm thứ j ho Chiều cao mực nước thùng chất lỏng H opt Giá trị mong muốn hàm mục tiêu HS Biên độ hàm đáp ứng tần số đỉnh cực đại S HT Biên độ hàm đáp ứng tần số đỉnh cực đại T ka Độ cứng giảm chấn động lực N/m ke Độ cứng hệ quy đổi tương đương N/m kj Độ cứng giảm chấn động lực thứ j N/m ks Độ cứng hệ N/m K Ma trận độ cứng hệ m viii l Chiều dài thùng chất lỏng m L Chiều dài dầm Euler –Bernoulli m m Khối lượng chất lỏng kg ma Khối lượng giảm chấn động lực kg mj Khối lượng giảm chấn động lực thứ j kg ms Khối lượng hệ kg M Ma trận khối lượng hệ N na Số giảm chấn động lực nj Số thí nghiệm thứ j po Biên độ lực kích động lên dầm S Phiếm hàm SNR Tỷ số nhiễu tín hiệu T Động hệ uj Dịch chuyển giảm chấn động lực thứ j lắp dầm m V Thể tích khối chất lỏng m3 xa Dịch chuyển giảm chấn động lực xˆa Biên độ phức dịch chuyển giảm chấn động lực xj Dịch chuyển giảm chấn động lực thứ j xj Trung bình kết thí nghiệm nhóm j xij Kết thí nghiệm thứ j Xk Hàm riêng thứ k dầm Xr Hàm riêng thứ r dầm xs Dịch chuyển hệ xˆs Biên độ phức dịch chuyển hệ w j Độ võng dầm vị trí lắp giảm chấn động lực thứ j  Tỷ lệ tần số tần số hệ DVA j Tỷ lệ tần số tần số hệ DVA thứ j  opt Tỷ lệ tần số tối ưu giảm chấn động lực Bộ N m ix  Tỷ lệ tần số tần số ngoại lực hệ e Tần số dao động riêng hệ quy đổi Rad/s i Tần số dao động riêng giảm chấn động lực thứ i Rad/s 0 Tần số trung tâm hệ MTMD Rad/s s Tần số dao động riêng hệ Rad/s  Tỷ lệ khối lượng a Tỷ số cản giảm chấn động lực j Tỷ số cản giảm chấn động lực thứ j  opt Tỷ số cản tối ưu giảm chấn động lực  Khối lượng riêng chất lỏng kg/m3  Độ nhớt động học chất lỏng m2/s  Thế hệ  Hàm hao tán hệ R Bề rộng giải tần số x DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Thơng số hệ không cản .28 Bảng 2.2 Các tham số tối ưu hệ DVA đơn tần số lắp hệ không cản .28 Bảng 2.3 Giá trị đáp ứng tần số dịch chuyển hệ khơng lắp lắp DVA .29 Bảng 2.4 Các tham số tối ưu, đáp ứng tần số dao động hệ lắp 1,2,5 DVA 31 Bảng 2.5 Kết đáp ứng tần số dịch chuyển hệ lắp 1,2,5 DVA 32 Bảng 2.6 Bộ số liệu hệ có cản tham số tối ưu tìm tiêu chuẩn BPTT .36 Bảng 2.7 Giá trị hàm đáp ứng biên độ dịch chuyển hệ lắp 1,2,5 DVA 37 Bảng 2.8 Các tham số tối ưu DVAs tìm tiêu chuẩn đối ngẫu 39 Bảng 2.9 Giá trị hàm đáp ứng biên độ dịch chuyển hệ   77, 4597 39 Bảng 2.10 Giá trị tham số tối ưu, biên độ lớn dao động hệ lắp 1,2,5 DVA với tiêu chuẩn đối ngẫu 40 Bảng 3.1 Số liệu hệ có cản lắp nhiều TLD 47 Bảng 3.2 Tham số thùng chất lỏng .48 Bảng 3.3 Tham số TMDs tương đương TLDs 49 Bảng 3.4 Các đặc trưng chất lượng theo định nghĩa Taguchi 51 Bảng 3.5 Tham số kết cấu hệ có cản lắp nhiều giảm chấn đa tần số 52 Bảng 3.6 Tham số giảm chấn phân mức cho tham số 54 Bảng 3.7 Mảng L27 kết tỷ lệ tín hiệu nhiễu SNR thí nghiệm .55 Bảng 3.8 Giá trị độ lệch bình phương trung bình tham số điều khiển mức 1,2,3 .57 Bảng 3.9 Giá trị phân mức cho tham số hệ DVA đa tần số .59 Bảng 3.10 Các giá trị nhiễu (SNR)i tham số điều khiển 59 Bảng 3.11 Giá trị kỳ vọng toán phương sai theo hàng SNR .61 Bảng 3.12 Giá trị tối ưu DVAs hệ DVAs đa tần số 61 Bảng 3.13 Giá trị tối ưu tham số hệ DVA khác với hàm mục tiêu có trọng số với trọng số khác 63 Bảng 3.14 Tham số thùng chất lỏng tương đương với TMDs 65 Bảng 3.15 Tham số DVA giống khác tìm theo Taguchi Fujino .66 xi ... pháp điều khiển giảm dao động đơn giản mang lại hiệu cao sử dụng giảm chấn động lực 1.1 Bài toán điều khiển dao động giảm chấn động lực Bộ giảm chấn động lực (DVA) thiết bị điều khiển dao động. .. hệ kết cấu giảm chấn động lực 2) Tìm tham số tối ưu giảm chấn động lực để điều khiển giảm dao động có hại cho hệ tần số cộng hưởng miền tần số cộng hưởng 3) Xác nhận kết hiệu điều khiển giảm dao. .. tần số dầm lắp nhiều giảm chấn động lực 79 4.3 Điều khiển tối ưu dao động uốn cưỡng dầm có cản nhiều giảm chấn động lực dựa phương pháp Taguchi 81 4.3.1 Điều khiển dao động uốn cưỡng