Hình 1.1. Một số mơ hình TMD lắp vào kết cấu chính.
Một trong những biện pháp hiệu quả để giảm dao động trong các hệ cơ học là sử dụng các bộ hấp thụ dao động, điển hình là các thiết bị TMD (Tuned Mass Dampers) gồm khối lượng - lị xo - giảm chấn. Trong đĩ, lị xo cĩ một đầu nối với khối lượng mT và bộ giảm chấn cT, một đầu cịn lại được nối vớikết cấu chính để truyền năng lượng từ kết cấu chính xuống TMD, năng lượng này
được tích tụ trong cả khối lượng và lị xo của TMD, rồi được tiêu tán bằng bộ giảm chấn của TMD (thơng qua tiêu hao bởi ma sát của bộ giảm chấn), một số mơ hình TMD điển hình chỉ ra như trên hình 1.1.
1
c m1 F c2 m2
Hình 1.2. Mơ hình dao động bậc 2 chịu kích động điều hồ.
Ý tưởng về sự hấp thụ dao động trong các hệ cơ học được Hermann Frahm [83] đề xuất lần đầu tiên vào năm 1911. Tác giả xét mơ hình xích dao động bậc 2 như trên hình 1.2, trong đĩ m1, m2 lần lượt là khối lượng vật thứ nhất và vật thứ hai; c1, c2 lần lượt là độ cứng lị xo 1 và 2. Cĩ lực điều hồ
0
F F sin(pt) đặt vào khối lượng thứ nhất, để dập tắt dao động cưỡng bức của khối lượng này, đặt thêm khối lượng và lị xo thứ 2. Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng: nếu chọn các thơng số thoả mãn điều kiện 2
2
c p
m thì năng lượng
chuyển động của vật 1 được truyền sang vật 2 và kết quả là biên độ dao động bình ổn của khối lượng thứ nhất bằng 0.
Hệ gồm khối lượng m2, lị xo c2 là một bộ hấp thụ dao động TMD đơn giản nhất. Trong mơ hình đã nêu, hệ được dập tắt dao động (vật thứ nhất) và vật hấp thụ dao động (vật thứ hai) đều là những hệ 1 bậc tự do, hệ hỗn hợp là hệ 2 bậc tự do và sự hấp thụ chỉ xảy ra trong các hệ hỗn hợp nhiều bậc tự do. Nhiều nghiên cứu tiếp theo đối với các hệ nhiều bậc tự do cho thấy khả năng các thơng số trạng thái (chuyển vị, vận tốc) cĩ thể được triệt tiêu hoặc giảm đáng kể ứng với các thơng số thích hợp của bộ phận hấp thụ dao động. Phạm vi ứng dụng của các bộ hấp thụ TMD là rất rộng lớn, cĩ thể là trong các cơng trình xây dựng, cầu đường sắt cao tốc, cầu dây văng...