Abstract
Tuned mass sampers (TMDs) are widely used strategies for vibration control in many engineering applications, so that many TMD optimization criteria have been proposed till now. However, they normally consider only TMD stiffness and damping as design variables and assume that the tuned mass is a pre-selected value. In this work a more complete approach is proposed and then also TMD mass ratio is optimized. A standard single degree of freedom system is investigated to evaluate TMD protection efficiency in case of excitation at the support. More precisely, this model is used to develop two different optimizations criteria which minimize the main system displacement or the inertial acceleration. Different environmental conditions described by various characterizations of the input, here modelled by a stationary filtered stochastic process, are considered. Results show that all solutions obtained considering also the mass of the TMD as design variable are more efficient if compared with those obtained without it. However, in many cases these solutions are inappropriate because the optimal TMD mass is greater than real admissible values in practical technical applications for civil and mechanical engineering. Anyway, one can deduce that there are some interesting indications for applications in some actual contexts. In fact, the results show that there are some ranges of environmental parameters ranges where results attained by the displacement criterion are compatible with real applications requiring some percent of main system mass. Finally, the present research gives promising indications for complete TMD optimization application in emerging technical contexts, as micromechanical devices and nano resonant beams
چکیده
به دلیل کاربرد گسترده میراگرهای جرمی تنظیم شده در بسیاری از کارهای مهندسی برای کنترل ارتعاشات، تاکنون تعداد زیادی معیار بهینه سازی TMD ارائه شده است. با این حال، در این معیارها بطور معمول سختی و میرایی TMD به عنوان متغیرهای طراحی بوده و جرم میراگر مقداری پیش فرض می باشد. در این مقاله روش کامل تری ارائه شده و سپس ضریب جرم TMD، بهینه سازی شده است. همچنین سیستم یک درجه آزادی استاندارد به منظور ارزیابی بازدهی TMD برای محافظت از سیستم در صورت تحریک تکیهگاه بررسی شده است. این مدل برای توسعه دو معیار مختلف بهینهسازی که شتاب اینرسی و جابهجایی سیستم اصلی را به حداقل می رساند، استفاده می شود. شرایط محیطی مختلف شرح داده شده نیز توسط مشخصات متفاوت حرکت های ورودی در نظر گرفته می شود که در این مقاله توسط فرآیند تصادفی فیلتر شده ایستا مدل شده است. نتایج نشان داد که بازدهی راهحلهای حاصل از در نظر گرفتن جرم TMD به عنوان متغیر طراحی نسبت به راهحلهایی که آن را به عنوان متغیر طراحی در نظر نمی گیرند، بیشتر است. با این حال در بسیاری از موارد، این راه حل ها به دلیل داشتن ضریب جرم بهینه TMD بزرگتری از مقادیر مجاز آن در کاربردهای فنی و عملی مهندسی عمران و مکانیک، مناسب نمی باشند. با این حال برای استفاده در برخی زمینه های واقعی نشانه‌های جالبی وجود داشت. زیرا در برخی از محدوده های طیف پارامترهای محیطی، نتایج بدست آمده توسط معیار جابجایی با نتایج کاربردهای واقعی که به درصدی از جرم سیستم اصلی نیاز دارند، سازگار بود. مطالعه حاضر برای کامل کردن بهینه سازی TMD در زمینه های فنی در حال ظهور یعنی دستگاه های ریز مکانیکی و نانو تیرهای تشدید شده، امیدوار کننده میباشد.
1-مقدمه
پیشرفت های جدید در مصالح و فنآوری های ساخت، بطور قابل ملاحظه های عملکرد سیستم ها را در چند دهه اخیر در بسیاری از کابردهای مهندسی نظیر مکانیکی، حمل ونقل هوایی و عمران افزایش داده است. از عواقب بدیهی این فنآوریها در مهندسی عمران، این است که سازه ها تمایل دارند سبک تر و لاغرتر شوند که در نتیجه ظرفیت میرایی طبیعی کوچکتری را نسبت به همتایان قدیمی خود خواهند داشت. این پیشرفت منجر به افزایش اهمیت فنآوری میرایی برای کاهش ارتعاشات و پیشرفت قابل توجه کنترل سازهای به صورت فنآوری عملی جهت بالا بردن قابلیت سازهای و ایمنی در برابر ارتعاشات طبیعی و مصنوعی شده است...