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Optimal design and performance evaluation of a novel hysteretic friction tuned inerter damper for vibration control systems
Structural Control and Health Monitoring ( IF 5.4 ) Pub Date : 2021-05-25 , DOI: 10.1002/stc.2775 Xu‐gang Hua 1, 2 , Yu‐ji Tai 1 , Zhi‐wen Huang 1, 2 , Zheng‐qing Chen 1, 2
Structural Control and Health Monitoring ( IF 5.4 ) Pub Date : 2021-05-25 , DOI: 10.1002/stc.2775 Xu‐gang Hua 1, 2 , Yu‐ji Tai 1 , Zhi‐wen Huang 1, 2 , Zheng‐qing Chen 1, 2
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This paper studies the use of a new nonlinear damper, the hysteretic friction tuned inerter damper (HFTID), for seismic control of engineering structures. The HFTID consists of a tuned inerter damper (TID) in parallel with a hysteresis spring friction element. The analytical expressions for the force and displacement transmissibility of a SDOF system with HFTID are derived via the method of harmonic balance, and the solutions are validated through numerical simulation based on the OpenSees. Parametric study is carried out to investigate the influence of the hysteresis spring friction element on the transmissibility. The optimal tuning parameters of HFTID are obtained and optimality corresponds to minimization of the maximum force or displacement transmissibility. By applying a sequence of curve fitting scheme, design formula for optimal tuning parameters of the HFTID are formulated, which are expressed as functions of structural damping ratio, inertance–mass ratio, and stiffness ratio. The vibration reduction effect and robustness of vibration control systems with HFTID and TID are compared. The results demonstrate that the HFTID can further reduce the transmissibility of vibration control system compared with TID. Moreover, HFTID is more robust than the TID in the case of detuning. Finally, a multi-story building is taken as an example to demonstrate the effectiveness and practicability of the HFTID in reducing seismic response.
中文翻译:
用于振动控制系统的新型滞后摩擦调谐惯性阻尼器的优化设计和性能评估
本文研究了使用一种新的非线性阻尼器,即滞回摩擦调谐惰性阻尼器 (HFTID),用于工程结构的抗震控制。HFTID 由一个与磁滞弹簧摩擦元件并联的调谐惰性阻尼器 (TID) 组成。采用调和平衡法推导出具有HFTID的单自由度系统的力和位移传递率的解析表达式,并通过基于OpenSees的数值模拟对解进行验证。进行参数研究以研究磁滞弹簧摩擦元件对传递率的影响。获得了 HFTID 的最优调谐参数,最优性对应于最大力或位移传递率的最小化。通过应用一系列曲线拟合方案,制定了 HFTID 最佳调谐参数的设计公式,这些公式表示为结构阻尼比、惯性质量比和刚度比的函数。比较了采用 HFTID 和 TID 的振动控制系统的减振效果和鲁棒性。结果表明,与 TID 相比,HFTID 可以进一步降低振动控制系统的传递率。此外,在失谐的情况下,HFTID 比 TID 更稳健。最后,以一栋多层建筑为例,论证了HFTID在降低地震响应方面的有效性和实用性。比较了采用 HFTID 和 TID 的振动控制系统的减振效果和鲁棒性。结果表明,与 TID 相比,HFTID 可以进一步降低振动控制系统的传递率。此外,在失谐的情况下,HFTID 比 TID 更稳健。最后,以一栋多层建筑为例,论证了HFTID在降低地震响应方面的有效性和实用性。比较了采用 HFTID 和 TID 的振动控制系统的减振效果和鲁棒性。结果表明,与 TID 相比,HFTID 可以进一步降低振动控制系统的传递率。此外,在失谐的情况下,HFTID 比 TID 更稳健。最后,以一栋多层建筑为例,论证了HFTID在降低地震响应方面的有效性和实用性。
更新日期:2021-07-05
中文翻译:
用于振动控制系统的新型滞后摩擦调谐惯性阻尼器的优化设计和性能评估
本文研究了使用一种新的非线性阻尼器,即滞回摩擦调谐惰性阻尼器 (HFTID),用于工程结构的抗震控制。HFTID 由一个与磁滞弹簧摩擦元件并联的调谐惰性阻尼器 (TID) 组成。采用调和平衡法推导出具有HFTID的单自由度系统的力和位移传递率的解析表达式,并通过基于OpenSees的数值模拟对解进行验证。进行参数研究以研究磁滞弹簧摩擦元件对传递率的影响。获得了 HFTID 的最优调谐参数,最优性对应于最大力或位移传递率的最小化。通过应用一系列曲线拟合方案,制定了 HFTID 最佳调谐参数的设计公式,这些公式表示为结构阻尼比、惯性质量比和刚度比的函数。比较了采用 HFTID 和 TID 的振动控制系统的减振效果和鲁棒性。结果表明,与 TID 相比,HFTID 可以进一步降低振动控制系统的传递率。此外,在失谐的情况下,HFTID 比 TID 更稳健。最后,以一栋多层建筑为例,论证了HFTID在降低地震响应方面的有效性和实用性。比较了采用 HFTID 和 TID 的振动控制系统的减振效果和鲁棒性。结果表明,与 TID 相比,HFTID 可以进一步降低振动控制系统的传递率。此外,在失谐的情况下,HFTID 比 TID 更稳健。最后,以一栋多层建筑为例,论证了HFTID在降低地震响应方面的有效性和实用性。比较了采用 HFTID 和 TID 的振动控制系统的减振效果和鲁棒性。结果表明,与 TID 相比,HFTID 可以进一步降低振动控制系统的传递率。此外,在失谐的情况下,HFTID 比 TID 更稳健。最后,以一栋多层建筑为例,论证了HFTID在降低地震响应方面的有效性和实用性。