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悬吊结构体系优化设计及减震性能研究

建筑科学与工程学报 2021年第1期38卷 51-60页

作者：谭平兰李贺辉向越郑晓君广州大学土木工程减震防灾省部共建协同创新中心广东广州510405 广州大学广东省地震工程与应用技术重点实验室广东广州510405 广州大学工程抗震减震与结构安全教育部重点实验室广东广州510405

对悬吊摆隔震系统组成的悬吊结构体系进行研究,建立了该体系的两自由度分析模型。根据拉格朗日方程建立了系统的运动方程,并给出了地震作用下上下部子结构位移响应均方值理论表达式。通过引入性能指数,综合考虑上下部子结构位移响应,定... 详细信息

对悬吊摆隔震系统组成的悬吊结构体系进行研究,建立了该体系的两自由度分析模型。根据拉格朗日方程建立了系统的运动方程,并给出了地震作用下上下部子结构位移响应均方值理论表达式。通过引入性能指数,综合考虑上下部子结构位移响应,定义了悬吊结构体系性能目标函数。以性能目标函数最小为优化目标,推导了悬吊结构体系最优设计参数理论解,并通过不同性能指数下体系参数分析验证了理论解的正确性。最后,以某两层剪切型框架结构作为工程算例,对结构体系的减震性能进行数值分析。结果表明:最优参数均随性能指数的增大而增大,最优阻尼比与质量比呈正相关关系,最优频率比与质量比呈负相关关系;增大性能指数,上部子结构位移响应峰值减震率增大,而下部子结构位移响应峰值减震率减小;只要性能指数取值合理,悬吊隔震体系能同时有效控制上部子结构与下部子结构地震位移响应;性能指数为1时,结构体系上下部子结构位移响应峰值减震率分别可达67.45%和25.16%以上。

关键词：减震性能最优设计参数性能指数悬吊结构体系理论解

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悬吊结构体系优化设计及减震性能研究

悬吊结构体系优化设计及减震性能研究

作者：兰李广州大学

学位级别：硕士

悬吊结构体系是一种发展前景较好的新型结构体系。其中,悬挂摆隔震系统是将整个上部结构安装在悬挂摆上,悬吊装置位于楼层中间的研究不多,当悬吊装置设在结构顶部时,类似悬吊摆式调谐质量阻尼器(Pendulum tuned mass damper,PTMD)。现有... 详细信息

悬吊结构体系是一种发展前景较好的新型结构体系。其中,悬挂摆隔震系统是将整个上部结构安装在悬挂摆上,悬吊装置位于楼层中间的研究不多,当悬吊装置设在结构顶部时,类似悬吊摆式调谐质量阻尼器(Pendulum tuned mass damper,PTMD)。现有的PTMD阻尼元件一般采用分离式设计,在实际工程中会产生偏转角。本文对悬吊装置位于结构不同位置时的减震机理进行研究,提出新的优化方法并分析其减震效果,丰富悬吊结构形式。研究了不同结构参数下结构非线性以及阻尼器偏转角对结构-PTMD体系响应的影响并提出优化设计方法,完善PTMD设计中忽视阻尼元件偏转角的问题,为实际工程提供一定的理论基础。主要研究工作及成果包括以下几个方面:(1)采用复模态法对悬吊结构两自由度模型进行动力特性及减震机理分析,通过多质点层间剪切模型的模态及振型参与系数分析,验证了悬吊结构体系简化为两自由度进行分析的可行性。基于能量法,分析悬吊装置位置、摆长以及下部结构周期变化对结构能量响应的影响,进一步解释减震机理。装设一定摆长的悬吊装置,上部结构性能极大改善但下部结构响应可能放大,因此有必要对悬吊结构体系进行优化设计。(2)通过引入权系数α,提出一种综合考虑上下部子结构位移响应的优化方法,并推导了精度高、稳定性好的最优设计参数理论解。对不同权系数下系统参数进行分析,结果表明:最优阻尼比opt？与质量比μ呈正相关关系;最优频率比optf与质量比μ呈负相关关系;且均随α的增大而增大。α从很小值开始,经过优化迭代可使悬吊摆动位移满足线性化要求的前提下,下部结构地震响应最小。(3)随权系数α的增大,悬吊结构体系对上部子结构的控制力度加大。场地更软,下部子结构位移减震率下降更多,而上部子结构位移减震率增加的更少,其上升速度小于下部子结构位移减震率的下降速度。但只要α取值合理,悬吊结构体系能同时有效控制上、下部子结构地震位移响应,此优化目标下对加速度响应仍有一定的控制效果,且对上部结构控制更佳。不同场地条件下上部结构加速度减震率达到50%左右,且随着α的增大而下降。(4)根据阻尼器实际出力情况推导了结构-PTMD体系的运动方程,以Gerges最优参数公式为基础,采用数值求解方法分析不同结构参数下非线性及阻尼器偏转角因素对结构-PTMD体系频域响应的影响。结果表明:以PTMD摆动为研究对象时,PTMD摆角略大于30°、阻尼器偏转角大于7°左右时,阻尼器偏转角不可忽略,且上述临界值随阻尼元件可压缩长度的增大可适当放大;以主结构位移为研究对象时,考虑阻尼器偏转角影响所达到的PTMD摆角以及阻尼器偏转角临界值均可放大一点。(5)基于准则对考虑阻尼器偏转角的非线性PTMD进行优化,更好地发挥了阻尼器的耗能能力。以本文工程结构为例,相比于Gerges参数优化,阻尼器耗能能力提升了将近一半,多遇地震时提升了46.79%,设防地震时提升了46.91%。使主结构响应降低的同时,更多的减小了PTMD的行程,PTMD摆角峰值响应降低了20%以上,且地震输入幅值越大,控制效果相对更优。

关键词：悬吊结构体系减震机理最优设计参数阻尼器偏转角 H∞优化准则阻尼器耗能

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生活垃圾振动风选机仿真与设计

生活垃圾振动风选机仿真与设计

作者：虢建苏州大学

学位级别：硕士

城市生活垃圾在用于焚烧发电的过程中,由于垃圾物料中含有大量的玻璃、铁制物、陶瓷等不可燃烧的重物料,降低了垃圾燃烧的热值,在燃烧结束后,炉底会产生大量的残渣,清除较为困难,降低了垃圾焚烧发电的经济效益。本研究课题来源于江苏华... 详细信息

城市生活垃圾在用于焚烧发电的过程中,由于垃圾物料中含有大量的玻璃、铁制物、陶瓷等不可燃烧的重物料,降低了垃圾燃烧的热值,在燃烧结束后,炉底会产生大量的残渣,清除较为困难,降低了垃圾焚烧发电的经济效益。本研究课题来源于江苏华宏科技股份有限公司合作项目,提出了结合振动和风选对城市生活垃圾预处理料进行分选的理论,相较于传统的卧式风选设备,振动风选机的分选率更高,能耗更少,提高垃圾焚烧发电的经济效益更加明显。本论文结合振动和风选对城市生活垃圾预处理料中的塑料颗粒和玻璃颗粒进行分选,利用离散元耦合仿真对振动风选机的最优参数进行设计。根据美国GK公司生产的双风刀振动风选机工作原理,建立物料颗粒在振动风选机内的数学模型,分析物料在振动面板上和风选区中的运动规律,;影响物料在振动风选机内的分离率和分离效率的主要因素有振幅、频率、振动方向角、振动箱体倾角、风速和风速偏角,利用EDEM-Fluent耦合,进行六因素三水平的正交仿真实验,对耦合仿真结束后物料颗粒在振动箱体内沿振动面板的速度曲线图、物料颗粒在振动箱体内的运动状态、风力场速度矢量图以及塑料颗粒和玻璃颗粒的分离率及平均分离时间进行分析,得出振动风选机最优设计参数:振动箱体振幅6mm,频率7.5Hz,振动方向角45°,振动箱体倾角8°,风速30m/s,风速偏角15°;利用Fluent对风箱进行结构设计,确保风箱的出风口风量均匀稳定,风速为30m/s,风速偏角为15°;对实验所需振动箱体进行耦合仿真,得出振动箱体的工作参数;进一步,通过实验对仿真结果进行验证,为振动风选机的工程设计提供了更加强有力的依据;进行振动风选机设计建模,对振动电机、主振弹簧、隔振弹簧、鼓风机等关键零部件进行选型计算。本课题对振动风选机做了详细的研究,为城市生活垃圾预处理料的轻物料和重物料的分离问题提出了新的解决方法,研究了不同参数对塑料颗粒和玻璃的分离率及平均分离时间的影响,得出振动风选机的最优设计参数,为振动风选机的工程设计提供了理论依据和参考。

关键词：城市生活垃圾振动风选机 EDEM-Fluent耦合最优设计参数

半嵌套式围护结构耦合地热交换器参数优化研究

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智能计算机与应用 2020年第12期10卷 116-120,125页

作者：奉皓明林尧林黄兴华上海工程技术大学机械与汽车工程学院上海201620 上海理工大学环境与建筑学院上海200093

本文将半嵌套式围护结构与地热交换器进行耦合,来调节室内空气温度。以位于夏热冬冷地区的上海市为例,利用TRNSYS进行建模和仿真。采用全因子实验对地热交换器的关键几何参数管长,管内直径,空气夹层间距和管内风速进行了分组数值模拟,... 详细信息

本文将半嵌套式围护结构与地热交换器进行耦合,来调节室内空气温度。以位于夏热冬冷地区的上海市为例,利用TRNSYS进行建模和仿真。采用全因子实验对地热交换器的关键几何参数管长,管内直径,空气夹层间距和管内风速进行了分组数值模拟,得出了考虑室内不舒适度时数及建筑能耗下的最优设计参数,分别为管长50 mm,管内直径240 mm,空气夹层间距240 mm以及管内风速1m/s。

关键词：半嵌套式围护结构地热交换器最优设计参数

一种基于联合模拟的屋顶太阳能系统优化设计方法

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绿色建筑 2019年第1期11卷 58-61页

作者：聂悦上海市建筑科学研究院

重点介绍一种可对屋顶太阳能光伏系统进行设计和优化的模拟方法。通过实际案例,基于优化模拟和联合模拟方法得到电、冷二级蓄能光伏制冷系统针对不同气候地区的最优设计参数。根据选取的两个地区实际模拟结果设计的电、冷二级蓄能光伏... 详细信息

重点介绍一种可对屋顶太阳能光伏系统进行设计和优化的模拟方法。通过实际案例,基于优化模拟和联合模拟方法得到电、冷二级蓄能光伏制冷系统针对不同气候地区的最优设计参数。根据选取的两个地区实际模拟结果设计的电、冷二级蓄能光伏制冷系统均能满足双层住宅建筑的制冷量需求,实现能源的自给自足。通过GenOpt优化程序实现系统核心参数在特定气候区域的最优配置,并通过联合模拟的方法实现对建筑内部不同分区的细化模拟研究。

关键词：太阳能光伏系统住宅建筑优化模拟联合模拟最优设计参数 GenOpt优化程序