عنوان پایان‌نامه
میراگر جرمی چرخشی با پیکربندی وقفی
- رشته تحصیلی
- مهندسی عمران - سازه
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1562;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 50043
- تاریخ دفاع
- ۳۰ شهریور ۱۳۹۰
- دانشجو
- رضا محمدی قاضی محله
- استاد راهنما
- محمد رحیمیان, سید امیر کیوان قربانی تنها
- چکیده
- میراگرهای جرمی تنظیم شده (TMD ) به علت سادگی و در عین حال کارایی بالا، در کنترل ارتعاشات بسیار مورد استفاده قرار می‌گیرند. این میراگرها به واسطه جرمشان، اگر با خصوصیات سازه یا تحریک تنظیم شوند، بخشی از انرژی وارده را جذب نموده و موجب کاهش ارتعاشات سازه می‌شوند. با وجود تمامی این خصوصیات، استفاده از چنین میراگرهایی، مشکلاتی را نیز به دنبال خواهد داشت. از مهم‌ترین اشکال میراگرهای جرمی، پهنای باند اندک آنهاست که در ارتعاشات با باند فرکانسی پهن عملکرد مناسبی ندارند. همچنین در صورت تغییر خصوصیات سازه در حین ارتعاش، این وسایل از تنظیم خارج شده و نه تنها کارایی لازم را ندارند، بلکه ممکن است ارتعاشات را تشدید نمایند. مشکل دیگر این میراگرها که بسیار حائز اهمیت است، جرم ثانویه‌ای‌ست که به سازه اضافه می‌کنند. این جرم ثانویه شاید در سازه‌های عمرانی جدید و در حال ساخت، از پیش تعیین شده بوده و در طراحی‌ها لحاظ شده باشد، اما در سازه‌های موجود و در مواردی مانند بهسازی سازه‌ها می‌تواند بسیار مشکل‌ساز باشد. گذشته از سازه‌های عمرانی، در موارد دیگری مانند سازه‌های فضایی و یا مکانیکی، جرم اضافه شده از این طریق بسیار حائز اهمیت است. تاکنون راهکارهای مختلفی برای حل مشکل اول ارائه شده است که از آن جمله می‌توان به فعال‌سازی یا نیمه‌فعال‌سازی میراگرهای جرمی اشاره نمود. از جمله تکنیک‌های استفاده شده در میراگرهای جرمی نیمه‌فعال، به‌کارگیری فنر‌های با سختی متغیر است. این راه‌حل در عین حالی که پهنای باند فرکانسی را افزایش می‌دهد، مشکلاتی همچون پیچیدگی، افزایش هزینه‌های ساخت و نگهداری را به دنبال خواهد داشت. هدف اول این تحقیق ارائه راهکاری دیگر در جهت افزایش پهنای باند فرکانسی میراگرهای جرمی است. در این روش، به جای متغیر قرار دادن سختی یا میرایی، خصوصیات مرتبط با جرم دستخوش تغییر قرار می‌گیرند. استفاده از این ایده، مکانیزمی کارا و بسیار ساده‌تر از موارد مشابه را به دنبال خواهد داشت که عنوان میراگر جرمی تنظیم شده با پیکربندی وفقی (ACTMD ) برای آن انتخاب شده است. در مورد مشکل دوم میراگرهای جرمی یعنی جرم ثانویه اضافه شده به سازه، تاکنون راه‌حل خاصی ارائه نشده است. هدف دوم این تحقیق ارائه روشی برای استفاده از پتانسیل‌های دیگر سازه در تولید اینرسی به جای جرم، و نهایتاً کاهش جرم میراگر می‌باشد. بدین منظور، نوع جدیدی از میراگرهای جرمی ارائه شده که با مکانیزم خاصی، می‌تواند ممان اینرسی جرمی را به عنوان جرم معادلی وارد معادلات حرکتی سیستم نموده و جرم موثر وسیله را افزایش دهد. نتایج آنالیزها نشان می‌دهد که می‌توان جرم دستگاه را به طور عملی بیش از 70% کاهش داد، بدون اینکه نقصانی در عملکرد دستگاه به وجود آید. این تکنیک نه‌تنها کاهش عملکرد را به دنبال ندارد بلکه در صورتی که کاهش جرم کاسته شده کمتر از مقدار ماکزیمم ممکن برای کاهش جرم باشد، شاهد بهبود عملکرد نیز خواهیم بود. میراگر جدید تحت عنوان Whirling-TMD یا میراگر جرمی چرخشی تنظیم شده نامگذاری گردیده است. در ادامه، با ترکیب میراگر جدید Whirling-TMD و ایده نیمه‌فعال‌سازی بر مبنای تغییر پیکربندی، ACTMD، میراگر جرمی تنظیم شده چرخشی با پیکربندی وفقی (Whirling-ACTMD) به عنوان نتیجه نهایی این تحقیق ارائه شده است. برای مدل‌سازی تمامی موارد فوق از MATLAB/Simulink استفاده شده است. مدل‌سازی و کنترل سازه یک درجه آزادی در این نرم‌افزار بسیار ساده می‌باشد. ولی در مورد سازه‌های چند درجه آزادی، در مواردی که ماتریس سیستم با زمان تغییر می‌کند، این کار بسیار مشکل و در مواردی غیر ممکن است.
- Abstract
- Tuned Mass Dampers (TMDs) are widely used in vibration control for their simplicity and high performance. These dampers have the capability of being tuned with the characteristics of structure and/or excitation in a way to be able to absorb considerable amount of energy and attenuate the vibrations as the result. In spite of their simplicity and performance, there are some problems using them. First, out of their two major problems, is their low frequency bound. Moreover, they have the potential of being off-tuned as the characteristics of structure or excitation change. Thus, their performance not only decreases, but also they may even amplify the vibrations. The second important problem of using mass vibration absorbers is the secondary mass which they add to the structure. This problem is not so major in civil structures which are under construction, since they are designed for it. Nevertheless, it takes an important role in the case of rehabilitating or in the other cases like mechanical, aerospace structures, etc. The purpose of this study is to devise solutions for both of mentioned problems. Many studies have been conducted to solve the first problem by now like proposing active or semi-active mass vibration absorbers. The most popular applied methods in semi-active TMDs is using a variable stiffness spring with capability of being tuned in real time. Although this strategy makes the frequency bound vaster, it has some other problems like having complicated mechanisms and lots of moving parts. Such problems results in raising the manufacturing and maintenance cost and reduction of their lifecycle. The first purpose of this study is to propose a new adaptation method for semi-active TMDs which is of high performance and without the complications of variable stiffness devices. This method is based on changing the mass-related properties of the devise to change its frequency in real time. As the result, Adaptive Configuration Tuned Mass Damper (ACTMD) is proposed for control of rotational vibrations. The second part of the study is concerning with solving the second problem which has been never taken under consideration before. The purpose is to propose a method of using the other potentials of producing inertia in order to take place part of absorber’s mass. Thus, a new generation of mass vibration absorbers is designed and proposed which uses mass moment of inertia as an equivalent mass in its equations of motion. As the result, another parameter called effective mass is defined for the absorber which is much higher than its mass. Consequently, the mass of the device can be reduced without changing the performance since it replaced by another existing inertia. Simulations show that the mass of the device can be reduced to any amount theoretically and more than 70% in application. The new absorber is named Whirling-TMD. After proposing different solutions for those two drawbacks of TMDs separately, a novel mass vibration absorber is devised by composing these solutions. The resultant is Whirling-ACTMD which is semi-active TMD whose adaptation strategy is based on changing the device configuration; moreover, it has the capability of mass reduction. It should be noted that it is also possible to make semi-active Whirling-TMD with variable stiffness and/or damping. The last part of this research is about simulation and modeling the device in controlling a Multi Degree of Freedom (MDOF) structure in MATLAB/Simulink. Using State Space block for time variant systems is impossible in this software. Thus, a technique based on separation of differential equations is used to divide the whole system into two time variant and time invariant parts. Consequently, it is possible to use State Space block in simulation which results in a very simple model.
