調(diào)諧液體阻尼器液體晃蕩形態(tài)與阻尼力數(shù)值模擬研究.pdf

1、調(diào)諧液體阻尼器（Tuned Liquid Damper，簡稱TLD）是一種有效的結(jié)構(gòu)控制裝置，它利用固定在結(jié)構(gòu)物上的水箱在結(jié)構(gòu)振動(dòng)時(shí)晃蕩產(chǎn)生的水壓力作為反力，抑制結(jié)構(gòu)振動(dòng)。同時(shí)，液體的動(dòng)能在水晃蕩過程中由于水的粘性被耗散，起到了消能的目的。相比于傳統(tǒng)的調(diào)諧質(zhì)量阻尼器（Tuned Mass Damper，簡稱TMD），TLD具有減振效果好、成本低，易于安裝，維護(hù)簡單等優(yōu)點(diǎn)，且適于臨時(shí)使用。當(dāng)結(jié)構(gòu)上有儲(chǔ)液裝置時(shí)，也可兼做TLD。
　　

2、本文首先介紹了TLD國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，包括淺水TLD和深水TLD的研究成果以及工程應(yīng)用。然后，對于TLD減振時(shí)的晃蕩現(xiàn)象展開了論述，詳細(xì)介紹了晃蕩現(xiàn)象的研究成果和研究方法，重點(diǎn)介紹了數(shù)值模擬方法。在此基礎(chǔ)上，建立了基于CIP(Constrained Interpolation Profile)方法的求解Navier-Stokes方程的計(jì)算流體力學(xué)模型。數(shù)值模型離散采用有限差分方法，在交錯(cuò)網(wǎng)格上，時(shí)間方向使用分步積分方法，求解Navier

3、-Stokes方程，其中，CIP方法應(yīng)用在時(shí)間積分的第一步。使用BiCGSTAB(雙共軛梯度穩(wěn)定解法)求解泊松方程離散后的矩陣。自由面捕捉采用THINC（Tangent of Hyperbola INterface Capturing）格式求解，該方法具有界面緊致，無需重構(gòu)，易于實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)。模型能夠模擬劇烈的液體運(yùn)動(dòng)。TLD計(jì)算域的控制方程在動(dòng)坐標(biāo)系下表達(dá)，將網(wǎng)格的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為流體受到的體積力。為了驗(yàn)證模型求解結(jié)果的正確性，模擬了潰壩和液

4、艙晃蕩并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較。潰壩計(jì)算結(jié)果證明了壓力和自由面捕捉的準(zhǔn)確性。晃蕩的計(jì)算分別模擬了帶隔板和不帶隔板的液艙晃蕩，壓力以及液面變化與試驗(yàn)相比結(jié)果非常吻合，確認(rèn)了在動(dòng)坐標(biāo)系下計(jì)算結(jié)果的正確性。
　　TLD晃蕩的模擬分為淺水TLD和深水TLD兩種情況，分別模擬了不同液體深度下TLD在不同激勵(lì)幅度和頻率的激勵(lì)下內(nèi)部液體的響應(yīng)。分析計(jì)算結(jié)果，探究了淺水TLD和深水TLD在工作時(shí)內(nèi)部晃蕩的形態(tài)以及不同變量對TLD阻尼力的影響。淺水T

5、LD在晃蕩時(shí)液體的運(yùn)動(dòng)形態(tài)主要是行波，在較淺深度時(shí)波浪破碎現(xiàn)象較劇烈，非線性為控制因素，能夠耗散較多能量，在激勵(lì)頻率變化較大范圍內(nèi)，能夠有較好的減振效果，而深水TLD在晃蕩時(shí)液體運(yùn)動(dòng)形態(tài)為駐波，在激勵(lì)幅度較大時(shí)才會(huì)出現(xiàn)波浪破碎，能量耗散較小，且頻率工作區(qū)間較窄。TLD阻尼力的極值隨著激勵(lì)幅度的增加而增加。淺水TLD相比于深水TLD減振和消能效果更好，特別是淺水TLD的工作頻率范圍大，適用范圍廣。而深水TLD對激勵(lì)頻率較敏感，非共振頻率激