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Optimized negative stiffness damper with flexible support for stay cables
Structural Control and Health Monitoring ( IF 5.4 ) Pub Date : 2021-03-27 , DOI: 10.1002/stc.2717
Peng Zhou 1, 2, 3 , Min Liu 1, 2, 3 , Hui Li 1, 2, 3
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The negative stiffness damper (NSD) has been gaining increasing attention for cable vibration control owing to its superior energy dissipation capacity. Recent research has implied that a flexible support, rather than a rigid support, might be advantageous to improving the performance of an NSD. This study further simplifies the design of an NSD for multimode cable vibration control by leveraging the potential advantages of a flexible support. First, an equivalent model is established for the NSD support system. The deformation across the support is illustrated. Through parametric analysis, the parameter ranges for which the support flexibility exhibits various types of impacts on the damping force are obtained. Thereafter, to ensure rigidity, the lower limit of the support stiffness is determined. An optimization procedure is proposed for the single‐mode cable vibration. The method of determination of the optimized NSD and its corresponding support is presented. On this basis, a simplified method is eventually developed for multimode cable vibration. A full‐scale cable on a real bridge is adopted as the design prototype. A series of performance evaluations is conducted for validation. The theoretical and numerical results indicate that a small‐sized NSD with a flexible support is capable of realizing the required damping. An optimized support stiffness is found to be independent of the vibration mode. Therefore, it may be concluded that only the highest mode should be taken into consideration and it considerably simplifies the design of the NSD for multimode cable vibration.

中文翻译:

优化的负刚度阻尼器,可灵活支撑斜拉索

负刚度阻尼器(NSD)由于具有出色的能量消耗能力,因此在电缆振动控制方面受到越来越多的关注。最近的研究表明,灵活的支持而不是刚性的支持可能对改善NSD的性能有利。这项研究通过利用柔性支架的潜在优势,进一步简化了用于多模电缆振动控制的NSD设计。首先,为NSD支持系统建立等效模型。示出了支架上的变形。通过参数分析,获得了支撑柔韧性表现出对阻尼力的各种影响的参数范围。此后,为了确保刚度,确定支撑刚度的下限。针对单模电缆振动提出了优化程序。提出了确定最优NSD的方法及其相应的支持。在此基础上,最终为多模电缆振动开发了一种简化的方法。设计使用了真实桥上的全尺寸电缆作为原型。进行了一系列性能评估以进行验证。理论和数值结果表明,具有柔性支撑的小型NSD能够实现所需的阻尼。发现最佳的支撑刚度与振动模式无关。因此,可以得出结论,只应考虑最高模式,这大大简化了用于多模电缆振动的NSD的设计。提出了确定最优NSD的方法及其相应的支持。在此基础上,最终为多模电缆振动开发了一种简化的方法。设计使用了真实桥上的全尺寸电缆作为原型。进行了一系列性能评估以进行验证。理论和数值结果表明,具有柔性支撑的小型NSD能够实现所需的阻尼。发现最佳的支撑刚度与振动模式无关。因此,可以得出结论,只应考虑最高模式,这大大简化了用于多模电缆振动的NSD的设计。提出了确定最优NSD的方法及其相应的支持。在此基础上,最终为多模电缆振动开发了一种简化的方法。设计使用了真实桥上的全尺寸电缆作为原型。进行了一系列性能评估以进行验证。理论和数值结果表明,具有柔性支撑的小型NSD能够实现所需的阻尼。发现最佳的支撑刚度与振动模式无关。因此,可以得出结论,只应考虑最高模式,这大大简化了用于多模电缆振动的NSD的设计。设计使用了真实桥上的全尺寸电缆作为原型。进行了一系列性能评估以进行验证。理论和数值结果表明,具有柔性支撑的小型NSD能够实现所需的阻尼。发现最佳的支撑刚度与振动模式无关。因此,可以得出结论,只应考虑最高模式,这大大简化了用于多模电缆振动的NSD的设计。设计使用了真实桥上的全尺寸电缆作为原型。进行了一系列性能评估以进行验证。理论和数值结果表明,具有柔性支撑的小型NSD能够实现所需的阻尼。发现最佳的支撑刚度与振动模式无关。因此,可以得出结论,仅应考虑最高模式,这大大简化了用于多模电缆振动的NSD的设计。发现最佳的支撑刚度与振动模式无关。因此,可以得出结论,仅应考虑最高模式,这大大简化了用于多模电缆振动的NSD的设计。发现最佳的支撑刚度与振动模式无关。因此,可以得出结论,只应考虑最高模式,这大大简化了用于多模电缆振动的NSD的设计。
更新日期:2021-05-04
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