调频液体阻尼器及其结构分析
质量调谐阻尼器和调频液体阻尼器
调谐质量阻尼器的早期研究
为了增强用于减小主系统最大动力响应的吸振器的效果： 为了增强用于 减小主系统最大动力响应 的吸振器的效果： 减小主系统最大动力响应的吸振器的效果 研究者们尝试了通过引入非线性吸振器弹簧 来 研究者们尝试了通过引入 非线性吸振器弹簧来加宽调谐 非线性吸振器弹簧 频率范围，Roberson(1962 1962) 频率范围 ， Roberson(1962) 研究了将动力吸振器支承于主 系统的没有阻尼的线性弹簧上的动力响应。他将“消除带” 系统的没有阻尼的线性弹簧上的动力响应。他将“消除带 ” 定义为主系统幅值小于 1 的共振峰值之间的频率带。 定义为 主系统幅值小于1 的共振峰值之间的频率带 。 非线 主系统幅值小于 性吸振器的这个带宽很清楚地表明了比线性吸振器要宽得 性吸振器的这个带宽很清楚地表明了比线性吸振器要宽得 的这个带宽很清楚地表明了 多。 Pipes(1953)研究了有双曲正弦特征的强化弹簧， Pipes(1953)研究了有双曲正弦特征的强化弹簧，并得出 1953 阻止尖锐共振峰的出现 弹簧中非线性的影响是要阻止尖锐共振峰的出现， 弹簧中非线性的影响是要阻止尖锐共振峰的出现，并将相 对小幅值的奇次谐分量引入吸振器和主系统的运动中。 对小幅值的奇次谐分量引入吸振器和主系统的运动中。
tmd调频质量阻尼器设计方法
tmd调频质量阻尼器设计方法摘要：1.引言2.TMD调频质量阻尼器的工作原理3.TMD调频质量阻尼器的设计方法4.设计参数及其影响因素5.设计实例及分析6.结论正文：【引言】调频质量阻尼器（TMD）作为一种被动控制系统，在工程结构减震控制领域得到了广泛的应用。
TMD系统主要由质量块、弹簧和阻尼器组成。
通过对TMD系统进行合理设计，可以有效降低结构在地震、风载等动力荷载下的响应，提高结构的安全性和舒适性。
本文将详细介绍TMD调频质量阻尼器的设计方法。
【TMD调频质量阻尼器的工作原理】TMD调频质量阻尼器的工作原理是通过质量块的振动响应与结构主体振动响应的相位差来调节结构的振动特性。
在动力荷载作用下，质量块受到激励产生振动，通过弹簧与阻尼器与结构主体相连，使得质量块的振动能量传递到结构主体，达到减震目的。
【TMD调频质量阻尼器的设计方法】TMD调频质量阻尼器的设计方法主要包括以下几个步骤：1.确定设计目标：根据结构特点及使用要求，明确TMD系统的减震目标，如减震效果、频率响应等。
2.选择参数：根据设计目标，选取合适的质量块质量、弹簧刚度和阻尼系数等参数。
3.设计结构形式：结合结构特点，确定TMD系统的结构形式，如悬挂式、支承式等。
4.计算分析：利用振动分析方法，对TMD系统进行计算分析，评估减震效果。
5.调整优化：根据计算结果，对设计参数进行调整优化，直至满足设计目标。
【设计参数及其影响因素】1.质量块质量：质量块质量越大，减震效果越明显，但同时会增加结构自重和造价。
2.弹簧刚度：弹簧刚度越小，减震效果越好，但可能导致系统稳定性降低。
3.阻尼系数：阻尼系数越大，减震效果越好，但会影响系统的运动性能。
4.结构频率：与结构主体频率相近的TMD系统，减震效果更明显。
5.结构形式：不同结构形式的TMD系统，其减震效果和适用范围有所不同。
【设计实例及分析】以某高层建筑为例，根据工程需求，采用悬挂式TMD系统进行设计。
调谐液体阻尼器试验
2023-11-06contents •试验目的•试验原理•试验步骤•试验结果•结论与讨论•参考文献目录01试验目的•调谐液体阻尼器是一种用于地震控制的装置，通过吸收地震波的能量，减少结构振动和破坏。
为了验证其性能和效果，需要进行一系列的试验。
背景介绍验证调谐液体阻尼器的吸收能量能力通过测量阻尼器在不同地震条件下的位移、速度和加速度，评估其吸收能量的效果。
通过对比加装阻尼器和未加装阻尼器的结构在地震作用下的响应，评估阻尼器的减震效果。
通过长时间的运行试验和反复地震试验，验证阻尼器的稳定性和可靠性。
通过对比加装阻尼器和未加装阻尼器的结构在地震作用下的破坏程度和经济损失，评估阻尼器的经济效益。
试验目标验证调谐液体阻尼器的减震效果验证调谐液体阻尼器的稳定性和可…评估调谐液体阻尼器的经济效益02试验原理阻尼器是通过吸收或减小振动、冲击等能量，达到降低系统振动的目的。
阻尼器可以有效地减小结构振动响应，提高结构的稳定性。
阻尼器工作原理调谐液体阻尼器是一种利用液体可压缩性和惯性来吸收和分散能量的装置。
调谐液体阻尼器通过将液体存储在具有特定形状的容器中，在受到外部激励时，液体发生位移，从而吸收和分散能量。
调谐液体阻尼器工作原理03试验步骤准备阶段明确试验所要达到的目标和各项具体要求。
确定试验目的和要求选择合适的调谐液体阻尼器准备试验设备和材料搭建试验平台根据试验要求，选择适合的阻尼器类型和规格。
确保试验所需的各种设备和材料齐全，包括电源、控制器、传感器、数据采集系统等。
根据试验要求，搭建适合的试验平台，确保稳定性和安全性。
0102开启电源和控制器在开始试验前，开启电源和控制器，检查各项功能是否正常。
安装传感器和数据采集系统将传感器安装到调谐液体阻尼器上，连接数据采集系统，确保数据采集的准确性和实时性。
进行空载试验在无负载条件下，对调谐液体阻尼器进行空载试验，记录各项性能指标。
进行加载试验根据试验要求，逐步增加负载，观察调谐液体阻尼器的性能变化，记录各项数据。
调频质量阻尼器TMD工作原理
调频质量阻尼器TMD工作原理
调频质量阻尼器（Tuned MassDamper，TMD）系统是结构被动减震控制体系的一种，其工作原理是通过质量块与弹簧用来提供惯性力,以此来控制被控结构的振动，即使在恶劣环境下也能起到减振作用，同时控制结构多阶共振频率的振动，扩大抑制振动的适用范围。
它是由主结构和附加在主结构上的子结构组成，其中子结构包括固体质量（重量）、弹簧减震器和阻尼器等，TMD构造简单、使用方便，轻巧、美观，适应环境面宽，其工作控振原理如下所示：它通过改变质量或者是刚度调整子结构的自振频率，使其接近主结构的基本频率或者是激励频率，使主结构的振动反应衰减并受到控制，子结构在减震控制过程中相当于一个阻尼器，因此，大家把子结构称作“调频质量阻尼器”。
其特点和优势主要有：
一是设有双向定位装置，可以有效防止受到侧向力时出现的左右摇摆和失控倾覆等现象。
二是调频质量阻尼器调谐刚度可以根据需要适当调节，调节范围在±15%左右，根据现场动力特性实例结果来适当改变其调谐频率，消除由于计算或者施工等方面的原因造成的工程实际频率与计算频率不一致的影响，提高系统的实际控制结果。
三是调频质量阻尼器中的粘滞流体阻尼器被设计成可控制型，以
消除阻尼器内摩擦力造成系统振动灵敏度较差而出现滞后的现象。
四、整套系统结构紧凑合理，占用体积小，可控制最大高度，提高空间利用率。
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液体阻尼器的力学特性分析与优化设计
液体阻尼器的力学特性分析与优化设计引言液体阻尼器是一种常见的机械装置，用于控制和减小机械结构的振动和震动。
它广泛应用于建筑、桥梁、汽车和飞机等领域。
液体阻尼器的力学特性对其性能和效果有着重要影响，因此进行力学特性分析与优化设计至关重要。
一、液体阻尼器的构造与工作原理液体阻尼器一般由液压缸、活塞、密封装置和液体等组成。
当机械结构发生振动时，液体阻尼器中的液体会产生阻尼效应，并通过减少和分散振动能量来控制结构的振动幅值和频率。
其基本工作原理是通过利用液体的黏性和内部阻力，将机械振动能量转化为液体摩擦热能。
二、液体阻尼器的力学特性分析液体阻尼器的力学特性直接影响它的性能和效果。
以下是一些常见的力学特性分析：1. 阻尼特性分析阻尼特性是衡量液体阻尼器性能的重要指标。
通过对液体阻尼器的内部液体流动、黏滞阻尼等特性进行分析，可以确定其阻尼特性。
其中，黏滞阻尼是主要考虑的因素之一，液体阻尼器的阻尼特性可以通过黏滞阻尼系数来描述。
2. 频率响应分析频率响应分析是评估液体阻尼器在不同振动频率下的性能的重要手段。
通过将液体阻尼器与机械结构模型相连接，进行振动试验或数值模拟，可以得到其频率响应曲线。
这样可以对液体阻尼器在不同频率下的阻尼效果进行分析，从而选择合适的液体阻尼器类型，或调整其参数以满足特定的振动控制需求。
3. 动力响应分析动力响应分析是研究液体阻尼器与机械结构共同作用后的振动响应的重要方法。
通过建立液体阻尼器和机械结构的动力学模型，可以进行动力响应分析，得到结构的减振效果和阻尼特性。
这有助于评估液体阻尼器的振动控制能力，并进行优化设计。
三、液体阻尼器的优化设计针对液体阻尼器的力学特性，进行优化设计可以提高其性能和效果。
以下是一些常见的优化设计方法：1. 参数优化设计通过对液体阻尼器的参数进行优化设计，可以改变其阻尼特性和频率响应特性，以适应不同的振动控制需求。
例如，可以通过改变液体阻尼器的几何尺寸、活塞面积和密封装置等参数，来实现不同振动频率下的阻尼效果调节。
浅谈阻尼器的类型和原理分析
广州大学研究生文献综述论文题目浅谈阻尼器的类型学院土木工程学院班级名称2016级专硕一班学号**********学生姓名陆富龙2016 年12 月18 日关于阻尼器的类型总结摘要：随着抗震在结构中的重要性越来越重要，高强轻质材料的采用，高层、超高层等高柔结构及特大跨度桥梁不断涌现，相关的研究也越来越多，从结构抗震到结构的减震再到结构的隔振，各种的理念层出不穷，然在抗震中，现在比较方便和比较常用的就是在建筑结构上加入阻尼器，用以吸收地震或风震产生的能量，以提高结构的抗震性能，随着科技的发展，各种阻尼器不断的更新创新，运用各种的原理来优化阻尼器，对于形式多样、要求各异的工程结构,如何在推广应用消能技术时,选择适合的阻尼器类型并进行阻尼器的合理优化设计将关系到这一技术的发展前景,具有重要的现实意义,值得进一步探讨研究。
关键词：阻尼器，类型，适用Abstract: with the earthquake is becoming more and more important in the importance of the structure, high-strength lightweight material used, high-rise structure and extra long-span Bridges and super-tall soft, related research also more and more, from the structure seismic to structure of shock absorption and vibration isolation of the structure, various LiNianCeng out one after another, but in the earthquake, is now more convenient and more commonly used in building structures with dampers, earthquake or wind to absorb energy, to improve the seismic performance of structure, with the development of science and technology, the updating and innovation of various dampers, use all kinds of the principle to optimize damper, for a variety of forms and requirements of different engineering structure, how to promote application of energy dissipation technology, select the appropriate type of damper and the optimization of damper design will be related to the development prospects of this technology, has important practical significance and worthy of further research are discussed.Keywords: damper，type，apply前言近年来，国内外在工程结构的隔震、减振与振动控制方面进行了大量的研究工作，取得了丰硕的成果。
调谐液体阻尼器原理
调谐液体阻尼器原理调谐液体阻尼器（TLD）是一种使用流体动力学原理来减小结构振动的装置，广泛应用于地震、风振和海洋平台等领域。
它的基本原理包括阻尼力的产生和调谐阻尼。
流体动力学原理调谐液体阻尼器的运作原理基于流体动力学原理。
在液体阻尼器中，液体流动产生耗散，即经由粘滞阻力将动量转移至液体本体，进而使振动能耗散，从而降低结构的振幅。
根据液体流动的速度和粘滞性质，可以计算出阻尼力大小。
液体阻尼器一般采用液体内部流动产生阻尼力，因此速度是其重要参数，液体的粘性和密度等物理性质也会对阻尼器阻尼力产生影响。
阻尼力的产生调谐液体阻尼器中液体阻尼力产生的基本机理包括：(1)静液压力产生的阻尼力，(2)液体摩擦产生的阻尼力，(3)液体速度产生的阻尼力。
(1) 静液压力产生的阻尼力：液体在阻尼器内流动时，由于液体在不同位置处的压力不同，因此产生了一个沿阻尼器长度方向的静液压力差。
当阻尼器快速振动时，液体流动速度加快，液体压力也随之变化。
静液压力对阻尼器的阻尼力贡献主要表现在小振幅的振动中。
(2) 液体摩擦产生的阻尼力：阻尼器内的液体分子与结构表面相互作用，产生摩擦力。
其中，贴壁流入层、速度剪切层和能量传递层均对液体摩擦力产生重要影响。
(3) 液体速度产生的阻尼力：液体在阻尼器中流动时，由于流动速度不同，导致液体分子之间存在速度差，进而产生速度摩擦力，使结构振动能够得到耗散。
调谐阻尼调谐液体阻尼器具有调谐阻尼的特点。
所谓调谐阻尼，就是通过调整液体阻力和结构振动的本征频率之间的关系，使得液体阻力和结构恰好处于共振点左侧，从而使结构的振幅得到很好的衰减。
如果液体阻力过大，会使结构振幅衰减太快，从而抑制结构振幅增长；如果液体阻力过小，不能有效地抑制结构振幅增长，从而在结构振幅增长时不能起到有效的阻尼作用。
调节调谐阻尼的方法包括：(1)调节阻尼器内液体的速度，使它与结构振动频率匹配；(2)调节阻尼器内的液位，从而调节液体的密度，即改变液体的重量，进而影响阻尼器阻尼力的大小。
质量调谐阻尼器和调频液体阻尼器共36页PPT资料
调谐质量阻尼器的组成与机理
调谐质量阻尼器由质块，弹簧与阻尼系统组成。 当结构在外激励作用下产生振动时，带动TMD系统 一起振动，TMD系统产生的惯性力反作用到结构上， 调谐这个惯性力，使其对主结构的振动产生调谐作用， 从而达到减小结构振动反应的目的。
调谐质量阻尼器的早期研究
TMD系统的问题及解决方法：
对于某个TMD系统，应尽量以控制主结构的低阶振型为 目标； 单个TMD用于结构控制时其有效频率较窄，控制效果不 稳定。可以通过增加TMD系统的数量以应对较宽频带的激 励； 对于以某一振型为主要控制目标的TMD系统，其最优装 设位置是该振型最大反应向量的质点处； 对于具有多个振型的主结构减振控制，可以适当增大 TMD系统的阻尼或者设置多个TMD系统。
TLD减震控制理论
TLD减振控制理论依据水箱水的水深与水箱振动方向的比 值可分为浅水理论和深水理论。 浅水理论由于水深较浅，考虑液体运动的非线性，液面 晃荡大从而加大了结构的阻尼，产生减振效果，但浅水水 箱只适合做阻尼器，不适合其它用途，所以生活、消防等 所需的水箱需要专门的大空间来放置，提高了工程造价， 因此比较适合塔式等高耸结构; 深水理论卞要假设是液面运动是微幅的，用线性理论来 刻画液体的运动，与之对应的深水水箱则可以方便地用生 活水箱改装，既不用制作专门的水箱，也不需要额外的盛 放空间，造价低，适合生活、办公用的高层建筑。
调谐质量阻尼器的早期研究
Snowdon研究了其他可能的吸振器形式，如三单元吸振 器，显示如果第三单元与阻尼器串联，主系统幅值能减小 15％～30％，但这种减小对频率是非常敏感的，在实际中 它将影响吸振器的性能。 Ioi和Ikeda提出了主系统在小阻尼情况下吸振器参数优 化的经验公式。Randall等提出了在系统中考虑阻尼影响 的这些参数的设计图表。Warburton和Ayorinde则进一 步用表列出了最大动力放大因子、调谐频率比及特定质量 比和主系量阻尼器的发展-ETMD
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（b） 平面
浅液TLD制振原理
结构的受控频率相调频时，将结构本身的振动能量转换 到被动调频装置上，达到耗散能量、控制结构动力反应 的目的。
调频质量阻尼器（TMD）
被动调频减振装置
调频液体阻尼器（TLD）
10.1.1调频液体阻尼器简介
在地震或风荷载 作用下，调频液 体阻尼器（TLD） 将产生振动，使 得固定水箱中的 液体晃动，并在 其表面形成波浪。
2 z
|z0
dt
10 6
1 x
|x0,a
xk
(
t
),
2 x
|x0,a
0
10 7
x
h
(a) 剖面图
y
b
x a
(b) 平面图 矩形深水TLD图
根据式(10-1)和(10-7)，可求得相应的矩形TLD中水晃动反应总的速度势函数：
(x,z,t)
i1,3,
coshi(zh)
[bii(t)
.
a
coshih
动侧压力
晃动的液体和波 浪对TLD箱壁产 生的动压力差
（减振作用） 液体运动引起的 惯性力
TLD原理图
优
造价低、易安装、维护少、自动激活性
点
能好、容易匹配调频频率等
分
（1）矩形、圆柱形或圆环形水箱，利用 水晃动时表面波浪的作用力
类
（2）U型管状水箱，利用水晃动时产生 的水平惯性力
10.1.2调频液体阻尼器的减振原理
对于圆柱形容器，由伯努利方程可知：
p r ,,z ,t g ( h z ) 2 ( v r 2 v 2 w 2 )
1 0 3 7
对于波液波动，存在：
v r v
1 0 3 8
在容器侧壁处，由边界可知：
v r|r a 0
1 0 3 9
将式（10-38）、式（10-39）代入（10-37）中，同时略去w的影响，得：
1 0 2 6
tanh(kh) kh
tanh[k(h )] tanh(kh)
TH
tanh[k(h )], k
n a
(n 0,1, 2,
1 1 h 2
1
(1
2h b
s)
10 27 10 28 ) 10 29 10 30
λ——水表面动粘滞阻尼系数 b——水箱的宽度 s——液体表面粘性影响因子，一般在0~2之 间
第十章 被动调频阻尼器及其 结构减振设计
——10.1调频液体阻尼器及其结构分析
主要内容：
10.1 调频液体阻尼器及其结构分析 10.1.1 简介 10.1.2 调频液体阻尼器的减振原理 10.1.3 调频液体阻尼器结构分析 10.1.4 减振控制的工程应用实例
概述
被动调频减振装置主要利用减振装置的自振频率与
F TLDt[ 0 hpw (0,z,t)dz 0 hpw (a,z,t)dz]b
abh[xk(t)
i 1,3,
i(t)i2 b h i tanhiah]
1012
2.矩形浅水TLD
浅液矩形TLD水晃动的频率为 ：
1 2 ag h
1 0 1 9
矩形浅水水箱中水的运动：
u w 0 x z
1.矩形深水TLD
基本假定：TLD水箱为刚性；箱体的运动是小幅度的；液体无粘滞性，不可压
••
缩，无旋；TLD所在结构层只作沿x方向的水平运动，其水平加速度为
x
（
k
t） 。
速度势函数 流体的刚体运动势函数
不动容器由于势函数作用下水中不平衡 所产生的的液压力对应的势函数
( x , z , t ) 1 ( x , z , t ) 2 ( x , z , t )
它们分别满足拉普拉斯方程：
( 1 0 1 ) z
2 10
(102)
2 20
(103)
式(10-2)和(10-3)相应的边界条件和初始条件分别为：
1 z
|z4
2 t
|z0
g0( 2 )
1 t
|z0
g0(1)
10 5
(1) 0
t 0
1 z
|z0
dt,
( 2 ) 0
t 0
水晃动速度与速度势函数关系：
ux,z,t xG xcosh[k(hz)] wx,z,t z kGsinh[k(hz)]
1025
将式（10-24）代入方程（10-20）、（10-21）、（10-22），经转换，可导出矩形
浅水水箱中水运动的控制方程：
h [u ()]0
t
x
tu () (1 T H 2)u ()g xg h x 2 2 x u ()xs
cosiax](a 2x)xk(t)
a
bi i2 4a2
i2(t)iagtanhia h
108
109 1010
根据矩形TLD中水的晃动速度势函数的表达式(10-8)，可得矩形TLD中水内部任一点 处的液动压力为：
p w ( x ,z , t) t
1 0 1 1
矩形TLD对结构的控制力，即TLD左右水箱壁上液动压力的的合力为 ：
p ( r ,, z , t ) | r a g ( h z ) | r a
1 0 4 0
略去边界层的粘滞力，可以得到圆柱形容器中的液体提供的减振力：
p r ,,z , t a g 0 2 0 h r ( h r z ) d z d
1 0 4 1
z
r
h
2a
2a
（a） 正面
边 u0
(xa)
界 条 件
w0
w u
t x
(z h)
(z )
p p0 (z )
1023
u、w
—分别为水在x和z方向的流速
－为液面波高
h b －为边界层厚度
p －为液动压力
－为水的动粘滞度 －水箱设置结构层风振加速度
xs
边界层外，水的运动可认为是有势流，假设速度势函数为：
( x , z , t ) G ( x , t ) c o s h [ k ( h z ) ] 1 0 2 4
1 0 2 0
TLD
P (t) FTLD
z
x
h h1
a
a
浅液TLD制振原理
uuuwu t x z
1 pxxs
ut uuxwuz 1pxz2u2 xs
wuwww1 pg
t x z z
1021
1pz g
1022
边 界 层 ( (h h b)z )
边 界 层 外 ( h z (h h b ))
考虑到水箱对结构的反馈制振力是由于水的晃动压力所引起的，因此减振力为：
F T L Dt
b [0(Pt h
x a)d z h 0(Pt
x a)d z]
1 0 3 4
F T L D1 2g b (n 20 2)
1 0 3 5
3.圆形浅水TLD
z
r
h
2a
2a
（a） 正面
（b） 平面
浅液TLD制振原理