كنترل ارتعاشات سازه ها با استفاده از سيستم هاي جاذب انرژي غيرخطي ارتعاشي - ضربه اي

Vibration Control of Structures using Vibro-Impact Nonlinear Energy Sinks

يكي از روش هاي جديد كنترل ارتعاش سازه ها و كاهش پاسخ لرزهاي آنها، استفاده از سيستم جاذب انرژي غيرخطي ارتعاش ي - ضربه اي است. در اين سيستم يك جرم برروي كف سازهاي به گونه اي تنظيم شده است كه فاصله مشخصي از ديواره غيرارتجاعي متصل به جرم طبقه دارد. جرم جابهجا شده در اثر تحريك سازه با ديواره غيرارتجاعي برخورد ميكند كه باعث ايجاد ضربه و جذب انرژي ميشود. در تحقيق حاضر جاذب انرژي ارتعاشي- ضربه اي با بهينه يابي پارامترهاي آن به طور همزمان شامل نسبت سختي و فضاي آزاد حركت مورد مطالعه قرار گرفته است. الگوريتم جستجوي هماهنگي بهعنوان يك روش فرااكتشافي جديد بهطور موثري اختصاصي شده و براي مسئله بهينه يابي پيوسته فوق الذكر به كار گرفته شده است. نشان داده شده است كه سيستم بهينه شده متصل به سازه قادر است كه با سازه اوليه در بازه وسيع فركانسي اندركنش داشته باشد. پاسخ كنترل شده مورد نظر در مجموعه اي از قابهاي خمشي فولادي كوتاه و ميان مرتبه از طريق تحليلهاي ديناميكي تاريخچه زماني غيرخطي مورد ارزيابي قرار گرفته است. توانايي اين نوع جاذب انرژي در اتلاف انرژي لرزهاي ورودي به سازهها و توانايي آنها در كاهش موثر پاسخ سازه ها از طريق ضربههاي ارتعاشي بين جرم جاذب انرژي و جرم طبقه با استخراج شاخصهاي عملكردي متعدد و طيف هاي فوريه مورد توجه قرار گرفته است. با توجه با شبيه سازي هاي عددي انجام شده برروي مدلهاي سازهاي تعريف شده، سيستم كنترلي بهينه شده باعث باز توزيع انرژي از مودهاي ارتعاشي پايين با فركانس كم و دامنه ارتعاش زياد به مودهاي ارتعاشي بالاتر با فركانس زياد و دامنه ارتعاش كم ميشود كه منجربه كاهش مطلوب پاسخ هاي سازهاي شده است

Using Vibro-Impact Nonlinear Energy Sinks (VI NESs) is one of the novel strategies to control structural vibrations and mitigate their seismic response. In this system، a mass is tuned on the structure floor، so that it has a specific distance from an inelastic constraint connected to the floor mass. In case of structure stimulation، the displaced VI NES mass collides with the inelastic constraint and upon impacts، energy is dissipated. In the present work، VI NES is studied when its parameters، including clearance and stiffness ratio، are simultaneously optimized. Harmony search as a recent meta-heuristic algorithm is efficiently specialized and utilized for the aforementioned continuous optimization problem. The optimized attached VI NES is thus shown to be capable of interacting with the primary structure over a wide range of frequencies. The resulting controlled response is then investigated، in a variety of low and medium rise steel moment frames، via nonlinear dynamic time history analyses. Capability of the VI NES to dissipate siesmic input energy of earthquakes and their capabilitiy in reducing response of srtructures effectively، through vibro-impacts between the energy sink’s mass and the floor mass، is discussed by extracting several performance indices and the corresponding Fourier spectra. Results of the numerical simulations done on some structural model examples reveal that the optimized VI NES has caused successive redistribution of energy from low-frequency high-amplitude vibration modes to highfrequency low-amplitude modes، bringing about the desired attenuation of the structural responses.