Amortiguador de masa sintonizado (TMD)

1. Definición del producto
El amortiguador de masa sintonizado (TMD para abreviar) es un dispositivo de reducción de vibración subestructural unido a la estructura principal. Absorbe y disipa la energía de vibración estructural a través del efecto colaborativo de un bloque de masa, resorte y amortiguador, suprimiendo así la respuesta de vibración de la estructura principal.

2. Componentes centrales

• Unidad de masa: genera fuerza inercial para aplicar la fuerza de control a la estructura principal. Por lo general, está hecho de materiales de alta densidad (como plomo o acero), y la masa se puede ajustar. El bloque de masa es la parte central del amortiguador TMD, y su tamaño de masa tiene un impacto decisivo en el efecto de amortiguación, que se puede ajustar según sea necesario para que coincida con la frecuencia natural de la estructura.
• Unidad de resorte: utilizada para conectar el bloque de masa y la estructura principal, sintonice la frecuencia de vibración natural de la TMD para que coincida con la frecuencia del modo objetivo de la estructura principal, asegúrese de que el bloqueo de masa pueda producir el movimiento inverso correspondiente cuando la estructura vibra y proporcione una fuerza de reinicio. Los resortes de metal o los resortes de goma se usan principalmente.
• Unidad del amortiguador: se utiliza para consumir la energía de movimiento relativo entre el bloqueo de masa y la estructura principal, evitar que la acumulación de energía en el sistema cause una mayor vibración y limite el desplazamiento de la TMD. Los tipos comunes incluyen amortiguadores viscosos, amortiguadores de fricción o amortiguadores de metal.

3. Ventajas funcionales

• Reducción de vibración de alta eficiencia: puede reducir la aceleración máxima de la vibración estructural en más del 70%.
• Frecuencia ajustable: se adapte a las características de vibración de diferentes estructuras optimizando los parámetros (relación de masa, relación de frecuencia, relación de amortiguación).
• Instalación conveniente: se puede instalar de forma independiente en la parte superior de la estructura, entre capas o por debajo de los componentes de larga distancia sin una modificación importante a la estructura principal.
• Amplia adaptabilidad: adecuada para el control de vibración del viento, el terremoto o las vibraciones inducidas por los humanos en diversas estructuras, como edificios de gran altura, corredores de larga distancia, puentes y bases de equipos.

1. Mecanismo de reducción de vibraciones
Cuando la estructura principal vibra debido a la excitación externa (como el viento, el terremoto o la actividad de la multitud), el TMD produce un movimiento relativo opuesto a la estructura principal debido a la inercia. La fuerza inercial generada por su vibración actúa sobre la estructura principal a través del resorte y el amortiguador, formando un efecto de "absorción de vibración dinámica". El rendimiento específico es:

• La unidad de primavera sintoniza la frecuencia de vibración natural de la TMD a la frecuencia objetivo de la estructura principal para producir un efecto de resonancia, transfiriendo la energía de vibración de la estructura principal al TMD.
• La unidad del amortiguador disipa la energía absorbida por la TMD, reduciendo en última instancia la amplitud de vibración de la estructura principal.

2. Modelo teórico
 

Dónde:
M1, M2: masa de la estructura principal y TMD;
K1, K2: rigidez de la estructura principal y el resorte TMD;
Y1, Y2: desplazamientos de la estructura principal y TMD;
C: coeficiente de amortiguación de la TMD;
P (t): excitación externa (como carga armónica (psinώt)).

3. Optimización de parámetros clave
 

1. Relación de masa (μ): μ=M2/M1, el valor recomendado es 0.005 ~ 0.03. Una relación de masa más grande hace que la banda de frecuencia de reducción de vibración sea más amplia, pero el límite de carga de la estructura principal debe considerarse.
2. Relación de frecuencia óptima (Δ_opt): Δ_opt =, para que coincida con la frecuencia de vibración de la TMD con la frecuencia de la estructura principal.
3. Relación de amortiguación óptima (ζ_opt): ζ_opt =, para garantizar una alta eficiencia.

1. Parámetros del modelo convencional
 

2. Diseño de parámetros personalizado

• Rango de ajuste de frecuencia: 0.1 ~ 10.0Hz (se puede ajustar con precisión de acuerdo con la frecuencia natural de la estructura principal).
• Ajuste de la relación de amortiguación: 0.02 ~ 0.2 (optimizado por el tipo de amortiguador y la viscosidad del fluido de amortiguación).
• Formularios de instalación: tipo suspendido, tipo compatible, tipo incrustado (seleccionado según el espacio estructural).

3. Alcance de parámetros generales

4, inspeccionando

1. Ventajas de rendimiento

• Alta eficiencia de reducción de vibraciones: para el modo específico de la estructura principal, la respuesta de vibración puede reducirse en un 40%~ 80%, cumpliendo con la especificación de confort del edificio (como la aceleración vertical menor o igual a 0.15m/s²).
• Fuerte robustez: tiene cierta adaptabilidad a las fluctuaciones de parámetros estructurales (como la degradación de la rigidez y el cambio de masa). El amortiguador de masa sintonizado múltiple (MTMD) puede ampliar aún más la banda de frecuencia de reducción de vibraciones.

2. Innovaciones técnicas

• TMD activo (ATMD): integrado con sensores y actuadores, puede ajustar la fuerza de control en tiempo real, adecuado para terremotos fuertes o condiciones de carga compleja (como el ATMD basado en el control PID en el documento 3, lo que mejora el efecto de reducción de vibraciones en un 20%~ 30%).
• Diseño del modelo físico: optimiza los detalles estructurales basados en el análisis de elementos finitos (como ANSYS), considerando el trabajo colaborativo del bloque de masas, el resorte y el amortiguador, que está más cerca de las condiciones de trabajo reales que el modelo de partículas tradicional.

3. Economía

• Ventaja de costos: en comparación con el refuerzo estructural tradicional, el costo se reduce en un 30%~ 50%, especialmente adecuado para la transformación de la reducción de vibraciones de los edificios existentes.
• Larga vida útil: la vida útil del diseño de los componentes principales (bloqueo de masa, primavera) es mayor o igual a 50 años, el amortiguador se puede reemplazar y el costo de mantenimiento es bajo.

1. Ingeniería de la construcción

• Edificios de gran altura: controle la aceleración superior causada por la vibración del viento y mejore la comodidad viva.
• Estructuras a largo plazo: control de vibración inducido por humanos de corredores de larga distancia y techos de estadios.
• Sistemas de piso: Control de vibraciones para caminar de la construcción de oficinas y los pisos del centro comercial para resolver el problema de "vibración de paso".

2. Ingeniería de puentes

• Puentes y puentes de suspensión estadificados por cable: suprima el aleteo inducido por el viento y la vibración inducida por vórtice.
• Puentes peatonales: evite la resonancia causada por una densa multitud caminar y garantizar la seguridad del tráfico.

3. Equipo industrial

• Fundamentos de grandes equipos de energía: absorber vibraciones generadas por la operación de la máquina y proteger la precisión del equipo y las estructuras circundantes.
• Sistemas de tuberías: suprimir las vibraciones causadas por la pulsación de fluidos y reducir el daño por fatiga.

1. Proceso de instalación

• Análisis de la condición de trabajo: determine la frecuencia natural, la forma del modo y la posición de vibración más desfavorable de la estructura principal a través del análisis modal.
• Diseño de parámetros: optimice los parámetros de TMD de acuerdo con la relación de masa y la relación de frecuencia, y determine el número y la posición de las instalaciones.
• Instalación fija: corrija la base TMD en las vigas estructurales, columnas o soportes con pernos de alta resistencia o soldadura para garantizar la rigidez de la conexión.
• Depuración y aceptación: pruebe el estado de trabajo del TMD a través de un excitador y ajuste los parámetros del amortiguador para lograr el mejor efecto de reducción de vibraciones.

2. Puntos de mantenimiento

• Inspección regular: Inspeccione la opresión del perno, la deformación del resorte y la fuga de aceite amortiguador cada 1 ~ 2 años.
• Reemplazo del amortiguador: reemplace el amortiguador en el tiempo cuando la fuerza de amortiguación decae en más del 20% (generalmente la vida útil es de 10 ~ 15 años).
• RESET DE PARAMETER: si la estructura principal se modifica (como agregar pisos o reducir el peso), reevalúe y ajuste los parámetros TMD.

• COMPARACIÓN DE PARAMETER: los parámetros de TMD deben ajustarse con precisión con la estructura principal para evitar reducir el efecto de reducción de vibraciones o incluso amplificar la vibración debido a la falta de coincidencia de frecuencia.
• Espacio de instalación: Reserve suficiente espacio de movimiento para la TMD (carrera mayor o igual a ± 50 mm) para evitar la colisión con otros componentes.
• Adaptabilidad ambiental: se requieren recubrimientos anticorrosión (como recubrimientos de aleación de zinc-níquel) en ambientes húmedos, y se deben seleccionar el fluido de amortiguación resistente a la alta temperatura (resistencia a la temperatura mayor o igual a 120 grados) en lugares de alta temperatura.
• Redundancia de seguridad: para estructuras importantes (como los proyectos de Lifeline), se recomienda establecer TMD en espera o sistemas de ajuste múltiple para mejorar la confiabilidad.

1. Reducción de vibración del corredor de edificios comerciales

• Problema: La frecuencia de vibración natural vertical del corredor de 36 m de tramo es de 2.92Hz, y la aceleración máxima bajo carga peatonal es 0.225m/s², excediendo el requisito de especificación (menos de 0.15m/s²).
• Solución: Instale 1 TMD (masa 1521 kg, rigidez 511.39kn/m, coeficiente de amortiguación 2.389kn · s/m).
• Efecto: La aceleración máxima se reduce a 0.052M/s², una disminución del 76.89%y la frecuencia de vibración natural se ajusta a 2.78Hz, cumpliendo los requisitos de comodidad.

2. Control de vibración de viento de edificios de gran altura

• Proyecto: un edificio de oficinas de gran altura de 200 m con una aceleración superior de 0.18m/s² bajo vibración del viento (límite de especificación 0.15m/s²).
• Solución: Instale 4 MTMD en el piso superior (la masa total representa el 0.5% de la masa estructural), con una cobertura de frecuencia de 1.2 ~ 1.8Hz.
• Efecto: La aceleración superior se reduce a 0.12M/s², la respuesta de vibración del viento se reduce en un 33.3%y el personal interior no tiene una sensación de agitación obvia.

• Consultoría y diseño: Proporcionar análisis de vibración estructural, optimización de parámetros TMD y diseño de esquema, admitiendo la simulación de elementos finitos (como ANSYS, YJK).
• Producción personalizada: personalice las especificaciones de TMD de acuerdo con las necesidades del proyecto y proporcione modelado 3D y pruebas de modelo físico.
• Instalación y depuración: equipo profesional para instalación en el sitio, equipado con un sistema de monitoreo de vibraciones para optimizar el efecto de reducción de vibraciones en tiempo real.
• Garantía postventa: proporcionar una garantía de 5 años, soporte de mantenimiento de por vida y visitas regulares de devolución para detectar el estado del equipo.

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