NCREE-2017-011
時間 2017-08-30
標題 相位控制調諧質量阻尼器
作者 賴勇安、鍾立來
摘要
現今對於調諧質塊阻尼器的研究與應用已相當廣泛,但經由解析相位去了解調諧質塊阻尼器之減振效果,仍著墨較少且不完全。因此本文先針對調諧質量阻尼器之能量流理論(power flow theory)進一步闡述,探討調諧質量阻尼器與結構之間的相位關係,其顯示調諧質量阻尼器於90度相位差落後時為吸收結構能量,但於90度相位差超前時,則反將能量傳回結構。此外,並探討調諧質量阻尼器與外力之間的相位,對減振效果的影響,提出調諧質量阻尼器之能量阻抗的概念,其顯示與外力為180度相位差時有最佳之阻抗效果,較全面性的討論相位對調諧質量阻尼器減振效果的影響。而後,本文提出半主動式相位控制調諧質量阻尼器,其模型為傳統調諧質量阻尼器外加一半主動控制之摩擦裝置,藉由半主動控制之摩擦力,於調諧質塊擺動之特定時間,施加摩擦力,可調整質量塊與結構之間之相位,使其能盡量維持與結構為一落後90度之相位差,因而如能量流理論所述般達到最佳減振效果。為驗證相位控制調諧質量阻尼器之可行性,分別以單自由度結構或多自由度結構,於諧和外力、風力或基底振動下,進行一系列之數值模擬。模擬結果顯示,結構加裝相位控制調諧質量阻尼器後,於風力或基底振動下,與傳統調諧質量阻尼器相比皆可有較大的減振頻率帶寬,且不論多自由度結構或其經單自由度化之結構,結構反應皆可有更佳之控制效果。由設計參數之敏感度分析顯示,相位控制調諧質量阻尼器對於其設計之頻率比及阻尼比皆不敏感,因此可同時於風力下及基底振動下之應用,解決傳統調諧質量阻尼器適應式之問題。唯所需之摩擦力限制較多,如施加之摩擦力太小,則失去相位控制效果,如施加之摩擦力太大,則摩擦力將對於結構加速度將有一負面影響,因此設計時需仔細考量。最後以實際案例進行風力及地震力之數值分析,驗證相位控制調諧質量阻尼器確實可發揮減振效果,滿足其舒適度之要求,更可降低離頻效應之影響。
關鍵字 tuned mass damper (TMD)、 semi-active control、phase control、 power flow theory、 variable friction system、structural control
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