Βέλτιστος σχεδιασμός συστημάτων παθητικού ελέγχου ταλαντώσεων

Abstract

Στόχος αυτής της εργασίας είναι να μελετήσει και να επιβεβαιώσει πειραματικά την επίδραση των παθητικών συστημάτων ελέγχου ταλαντώσεων που εφαρμόζονται σε γραμμικές και ελαστικές κατασκευές. Η εγκατάσταση αυτών των συστημάτων σε νέες αλλά και σε ήδη υπάρχουσες κατασκευές αποσκοπεί στην θεαματική βελτίωση της δυναμικής συμπεριφοράς της κατασκευής υπό την επίδραση διάφορων τύπων ανθρωπογενών και φυσικών διεγέρσεων από την άποψη κατασκευαστικής ασφάλειας και συνθηκών λειτουργίας. Αρχικά γίνεται μία αναφορά και μία σύντομη περιγραφή των διάφορων τύπων συστημάτων ελέγχου κατασκευών. Επικεντρώνουμε στον παθητικό έλεγχο ταλαντώσεων μηχανικών συστημάτων με αποσβεστήρες ελεγχόμενης μάζας οι οποίοι προσαρμόζονται κατάλληλα στην κύρια κατασκευή. Η μάζα του δευτερεύοντος συστήματος δηλαδή του αποσβεστήρα ελεγχόμενης μάζας (tuned mass damper,TMD), είναι σημαντικά μικρότερη από την μάζα του πρωτεύοντος συστήματος το οποίο αποτελεί έναν απλό ταλαντωτή ενός βαθμού ελευθερίας. Πιο συγκεκριμένα, γίνεται μία λεπτομερής ανάλυση της μοντελοποίησης των συστημάτων με έναν ή με περισσότερους αποσβεστήρες ελεγχόμενης μάζας καθώς επίσης και η επίλυση των συστημάτων διαφορικών εξισώσεων που προκύπτουν από αυτήν. Στη συνέχεια, εισάγονται κάποιες νέες παράμετροι για το πρωτεύον και για το δευτερεύον σύστημα. Μελετάται η επιρροή των παραμέτρων του δευτερεύοντος συστήματος στην απόκριση του κύριου συστήματος και παράλληλα παρατίθενται ορισμένα παραδείγματα για κάθε ομάδα παραμέτρων. Ακολούθως, αναλύεται η θεωρία του βέλτιστου σχεδιασμού των παραμέτρων αυτών και παρουσιάζονται με τη μορφή διαγραμμάτων τα αποτελέσματα βελτιστοποίησης των παραμέτρων των συστημάτων με έναν και δύο αποσβεστήρες ελεγχόμενης μάζας. Εν συνεχεία, γίνεται η επαλήθευση της θεωρίας των συστημάτων παθητικού ελέγχου με αποσβεστήρες ελεγχόμενης μάζας με τη διεξαγωγή πειραμάτων στο Εργαστήριο Δυναμικής Συστημάτων του Τμήματος Μηχανολόγων Μηχανικών Βιομηχανίας του Πανεπιστημίου Θεσσαλίας. Περιγράφεται η πειραματική διάταξη των συστημάτων με έναν και δύο αποσβεστήρες ελεγχόμενης μάζας. Τέλος, παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της διεξαγωγής των πειραμάτων και γίνεται μία συμπερασματική ανάλυση αυτών.