Thiết bị tiêu tán năng lượng - Giảm dao động: Phần 2

Phần 2 Tài liệu Giảm dao động bằng thiết bị tiêu tán năng lượng tiếp tục giới thiệu đến bạn đọc nội dung phần còn lại từ chương V đến chương VIII về TBTTNL khối lượng TMD, ứng dụng của thiết bị TMD, TBTTNL chất lỏng, các phần tử TTNL trong phương pháp phần tử hữu hạn. Tài liệu là Tài liệu tham khảo cho bạn đọc nghiên cứu lĩnh vực này.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Thiết bị tiêu tán năng lượng - Giảm dao động: Phần 2Chương VTBTTNL KHỐI LƯỢNG TMD5.1. Giới thiệuTBTTNL khối lượng TMD (tuned mass damper) thực chất là mộthệ tích hợp giữa khối lượng, lò xo với các TBTTNL khác nhưTBTTNL đàn nhớt hoặc TBTTNL chất lỏng nhớt (chương 3). Nhưđã thấy trong chương 3, các TBTTNL ma sát, kim loại, đàn nhớthay chất lỏng nhớt đều là các TBTTNL lắp trong, năng lượng daođộng được tiêu tán qua chuyển động tương đối giữa các phần khácnhau bên trong kết cấu. Trong trường hợp kết cấu khá rắn, chuyểnđộng tương đối giữa các phần trong kết cấu không lớn thì sử dụngcác TBTTNL lắp trong tỏ ra không hiệu quả. TBTTNL TMD là mộtgiải pháp thay thế vì đây là một thiết bị lắp ngoài, tiêu tán nănglượng qua chuyển động tương đối giữa kết cấu với một khối lượngphụ. Nguyên nhân tạo ra chuyển động tương đối này là quán tính(tính ì) của khối lượng phụ. Quán tính của khối lượng phụ càng lớnthì chuyển động tương đối cũng càng lớn. Thiết bị TMD cũng đượcứng dụng cho nhiều lĩnh vực khác như giao thông vận tải, máy mócthiết bị..., trong đó vật cần giảm dao động chuyển động như một vậtrắn. Vì vậy, trong chương này, để trình bày những ứng dụng khácnhau, ta sử dụng thuật ngữ hệ chính để chỉ các hệ kỹ thuật cần đượcgiảm dao động còn hệ phụ để chỉ TMD được lắp vào hệ chính vớimục đích làm giảm dao động. Thiết bị TMD sử dụng khối lượngcủa bản thân để tạo ra chuyển động tương đối nên ưu điểm củaTMD là không cần thay đổi hay bổ xung những yếu tố bên trong hệchính. Do yêu cầu kỹ thuật khối lượng TMD không được ảnh hưởngnhiều đến hệ chính (thường không quá 3-5% khối lượng hệ chính).Thiết bị TMD nói chung có hiệu quả giảm dao động rõ rệt khi hệchính có cản yếu. Để có được chuyển động tương đối lớn giữa hệchính với khối lượng phụ, thiết bị TMD cần phải có đặc tính đượclựa chọn thích hợp. Do đó trong tên gọi TMD có thêm từ điều166 Nguyễn Đông Anh, Lã Đức Việtchỉnh (tuned) để phân biệt với các loại thiết bị điều khiển tích cựcvà điều khiển ghép cũng dùng khối lượng. Trên thực tế, ý tưởng sửdụng TMD đã được sử dụng từ khá sớm trong lĩnh vực giảm daođộng với tên gọi bộ hấp thụ động lực (dynamic absorber). Hình 5.1là mô hình cho thấy sự lắp đặt của bộ hấp thụ động lực khối lượngmd nhằm giảm dao động cho hệ chính khối lượng m. Mô hình nàyđã được Frahm (1909) đưa ra lần đầu tiên. f(t) k kd m md Hình 5.1: Mô hình bộ hấp thụ động lực của Frahm (1909) Bằng cách điều chỉnh độ cứng kd và khối lượng md sao cho tần sốriêng của bộ hấp thụ bằng đúng tần số kích động điều hòa f(t),người ta có thể làm tắt dao động của khối lượng m. Sau đó DenHartog (1956) đã phát triển lý thuyết bộ hấp thụ động lực có cảntrong trường hợp kích động điều hòa và hệ chính không cản. Ápdụng quy trình tính toán của Den Hartog, các tác giả khác đã đưa ralời giải cho nhiều trường hợp khác nhau về mục tiêu điều khiển vàdạng kích động. Warburton (1982) là người đã tiến hành thống kêvà lập bảng các tham số tối ưu của bộ hấp thụ động lực cho nhiềutrường hợp. Khi chuyển sang lĩnh vực điều khiển kết cấu, bộ hấpthụ động lực thường được gọi với tên TMD. Vì hệ kết cấu thườngcó nhiều bậc tự do và có cản nên lời giải giải tích cho hệ một bậc tựdo không cản chỉ là lời giải gần đúng ban đầu. Những nghiên cứu vềTMD cho hệ nhiều bậc tự do chịu kích động ngẫu nhiên đã đượcphát triển theo hướng sử dụng các phương pháp số [Casciati 2002,Anh vcs 2000b, 2001, 2003, 2004b, Nguyễn Đông Anh vcs 2001,Nguyễn Chỉ Sáng 2002]. Ngoài ra, một số nghiên cứu về TMD phituyến, TMD va chạm cũng đáng chú ý. Để tăng hiệu quả của TMD,những công nghệ hiện đại còn sử dụng các bộ điều khiển tích cựcChương V. TBTTNL khối lượng TMB 167lắp đặt vào TMD. Kỹ thuật này được sử dụng tương đối phổ biến ởNhật Bản với tên gọi thiết bị HMD (Hybrid Mass Damper). Việc tích hợp thiết bị TMD trong thực tế cũng mở ra nhiều nghiêncứu. Khi lắp đặt vào kết cấu, thường thiết bị TMD có biên độ daođộng lớn hơn nhiều lần dao động của kết cấu. Vấn đề nghiên cứu đặtra là thiết kế hình dạng của thiết bị sao cho có thể sử dụng không gianmột cách tối ưu. Vì kiến trúc của kết cấu rất đa dạng nên hình dạngcấu trúc của thiết bị TMD cũng không kém phần phong phú. Trong thực tế thiết bị TMD đã được áp dụng nhiều trong nhiềulĩnh vực cần giảm dao động. Với kết cấu, áp dụng đầu tiên của thiếtbị TMD vào năm 1975. Đến nay, việc sử dụng thiết bị TMD đểgiảm dao động của kết cấu đã trở thành một khái niệm quen thuộc. Trong phần đầu của chương này sẽ trình bày một số lời giảikinh điển và các công thức kinh nghiệm đối với TMD. Để thốngnhất với các TBTTNL khác, các công thức tuyến tính hóa tươngđương đối với TMD sẽ được trình bày trong chương này, còn vấnđề tính toán hệ nhiều bậc tự do có lắp TMD trê ...