煤气炉厂房的模态分析及TMD减振控制研究

【摘要】：随着现代工业技术的飞速发展，结构越来越向大型化、复杂化、柔性化发展，同时使结构的使用功能变得越来越复杂和多样，结构在外荷载作用下，由于结构自身阻尼较小，大幅度的振动难以快速的减小，所以为了更好的发挥结构的使用功能并保证其安全性和耐久性，建筑结构的振动控制问题就成为了一个亟待解决的重要问题。 本文阐述了结构振动控制问题的研究现状、发展及在工程中的应用，介绍了TMD系统的原理及其最优参数的确定。以某集团的煤气化——高层框架结构工业厂房为研究目标，运用有限元分析方法、动力学理论、被动控制阻尼器和有限元商用软件——ANSYS对此厂房进行振动控制研究，将厂房结构的附属设备气化炉作为TMD系统的惯性质量，在对其振动激励初步分析的基础上，分别用ANSYS计算了结构在正弦周期激励和三种典型地震波作用下的振动响应。通过对结构施加TMD系统后，对比分析了施加TMD系统前后厂房结构的各层位移、速度和加速度的振动控制效果。 本论文的主要研究内容如下： 1.以某设计院提供的施工图为基准，利用ANSYS有限元软件建立了煤气化——高层框架结构工业厂房的三维实体模型，对结构进行了模态分析，确定了结构的基本动力特性。 2.依据厂房内气化炉工作时的动力特性，综合分析了该厂房振动的主要原因，利用正弦周期激励来模拟其实际未知激励且用ANSYS软件分析了该厂房在外激励作用下的动力时程响应。 3.针对该厂房的实际情况，本文主要围绕着如何避免厂房结构的共振，降低振动幅值等问题，设计了较为合理的TMD减振控制系统，寻求TMD的最优参数，使结构施加TMD系统后其动力响应得到了较好的控制。 4.对比分析了该厂房结构在进行TMD系统设计前后，在正弦周期荷载和地震荷载作用下，其位移、速度、加速度的控制效果。数值模拟结果表明了采用TMD系统对此厂房结构进行减振控制的可行性。 【关键词】：工业厂房 有限元 振动控制 调谐质量阻尼器
【学位授予单位】：河南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TU311.3
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-22
• 1.1 选题背景及意义11-12
• 1.2 结构振动控制发展历史及研究现状12
• 1.3 结构减振控制的分类12-16
• 1.3.1 被动控制系统14
• 1.3.2 主动控制系统14-15
• 1.3.3 半主动控制系统15
• 1.3.4 混合控制及智能控制系统15-16
• 1.4 结构减振控制的研究趋势[16-18]16-17
• 1.5 TMD 研究进展及工程应用17-20
• 1.5.1 TMD 研究进展17-18
• 1.5.2 TMD 在工程中的应用18-20
• 1.6 本文的主要研究内容和方法20-22
• 2 有限元基本理论22-27
• 2.1 有限元方法简介22-23
• 2.2 结构有限元方程的建立[40]23-25
• 2.3 有限元软件 ANSYS 简介25-27
• 2.3.1 ANSYS 在工程中的应用25
• 2.3.2 ANSYS 软件的主要功能25-27
• 3 煤气化高层厂房有限元模型建立及模态分析27-42
• 3.1 煤气化—高层框架结构厂房的工程概况27-30
• 3.2 ANSYS 有限元模型的建立30-34
• 3.2.1 高层框架结构振动模型的建立30-31
• 3.2.2 模型建立的一些说明31-32
• 3.2.3 厂房单元类型选取32-34
• 3.3 气化炉厂房的模态分析34-41
• 3.3.1 模态分析的理论及方法34-35
• 3.3.2 模态分析结果35-41
• 3.4 本章小结41-42
• 4 煤气化高层厂房在外激励下的时程分析42-56
• 4.1 时程分析方法[49-50]42-43
• 4.1.1 结构阻尼43
• 4.2 厂房在周期激励作用下的时程分析43-48
• 4.2.1 厂房激励的选取43-44
• 4.2.2 简谐激励作用下结构动力响应分析44-48
• 4.3 厂房在地震作用下的时程分析48-54
• 4.3.1 地震波的选取48-49
• 4.3.2 地震波峰值的调整49-51
• 4.3.3 不同地震波作用下结构动力响应分析[66]51-54
• 4.4 本章小结54-56
• 5 TMD 减振原理及对高层框架结构厂房的减振效果分析56-76
• 5.1 TMD 减振原理56-60
• 5.1.1 TMD 减振系统的微分方程[63]57-58
• 5.1.2 TMD 对结构地震反应的控制[64-65]58-60
• 5.2 高层框架结构厂房 TMD 参数的选取60-64
• 5.2.1 TMD 设计原则的综述60-61
• 5.2.2 TMD 系统质量比的确定61-62
• 5.2.3 TMD 的固有频率比的确定62
• 5.2.4 TMD 最优阻尼比的确定62-63
• 5.2.5 结构——TMD 系统弹簧单元的模拟63-64
• 5.3 结构——TMD 系统对结构减振效果分析64-74
• 5.3.1 外激励作用下结构——TMD 系统的减振效果64-69
• 5.3.2 地震荷载作用下结构——TMD 系统的减振效果69-74
• 5.4 本章小结74-76
• 6 结论与展望76-78
• 6.1 结论76-77
• 6.2 展望77-78
• 参考文献78-83
• 作者简历83-85
• 学位论文数据集85

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