調諧液體阻尼器液體晃蕩形態(tài)與阻尼力數(shù)值模擬研究.pdf

1、調諧液體阻尼器（Tuned Liquid Damper，簡稱TLD）是一種有效的結構控制裝置，它利用固定在結構物上的水箱在結構振動時晃蕩產生的水壓力作為反力，抑制結構振動。同時，液體的動能在水晃蕩過程中由于水的粘性被耗散，起到了消能的目的。相比于傳統(tǒng)的調諧質量阻尼器（Tuned Mass Damper，簡稱TMD），TLD具有減振效果好、成本低，易于安裝，維護簡單等優(yōu)點，且適于臨時使用。當結構上有儲液裝置時，也可兼做TLD。
　　

2、本文首先介紹了TLD國內外的研究現(xiàn)狀，包括淺水TLD和深水TLD的研究成果以及工程應用。然后，對于TLD減振時的晃蕩現(xiàn)象展開了論述，詳細介紹了晃蕩現(xiàn)象的研究成果和研究方法，重點介紹了數(shù)值模擬方法。在此基礎上，建立了基于CIP(Constrained Interpolation Profile)方法的求解Navier-Stokes方程的計算流體力學模型。數(shù)值模型離散采用有限差分方法，在交錯網格上，時間方向使用分步積分方法，求解Navier

3、-Stokes方程，其中，CIP方法應用在時間積分的第一步。使用BiCGSTAB(雙共軛梯度穩(wěn)定解法)求解泊松方程離散后的矩陣。自由面捕捉采用THINC（Tangent of Hyperbola INterface Capturing）格式求解，該方法具有界面緊致，無需重構，易于實現(xiàn)等特點。模型能夠模擬劇烈的液體運動。TLD計算域的控制方程在動坐標系下表達，將網格的運動轉化為流體受到的體積力。為了驗證模型求解結果的正確性，模擬了潰壩和液

4、艙晃蕩并與試驗結果進行了比較。潰壩計算結果證明了壓力和自由面捕捉的準確性?；问幍挠嬎惴謩e模擬了帶隔板和不帶隔板的液艙晃蕩，壓力以及液面變化與試驗相比結果非常吻合，確認了在動坐標系下計算結果的正確性。
　　TLD晃蕩的模擬分為淺水TLD和深水TLD兩種情況，分別模擬了不同液體深度下TLD在不同激勵幅度和頻率的激勵下內部液體的響應。分析計算結果，探究了淺水TLD和深水TLD在工作時內部晃蕩的形態(tài)以及不同變量對TLD阻尼力的影響。淺水T

5、LD在晃蕩時液體的運動形態(tài)主要是行波，在較淺深度時波浪破碎現(xiàn)象較劇烈，非線性為控制因素，能夠耗散較多能量，在激勵頻率變化較大范圍內，能夠有較好的減振效果，而深水TLD在晃蕩時液體運動形態(tài)為駐波，在激勵幅度較大時才會出現(xiàn)波浪破碎，能量耗散較小，且頻率工作區(qū)間較窄。TLD阻尼力的極值隨著激勵幅度的增加而增加。淺水TLD相比于深水TLD減振和消能效果更好，特別是淺水TLD的工作頻率范圍大，適用范圍廣。而深水TLD對激勵頻率較敏感，非共振頻率激