(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210554369.1 (22)申请日 2022.05.20 (71)申请人 哈尔滨工业大 学 地址 150090 黑龙江省哈尔滨市南岗区黄 河路73号哈尔滨工业大学 交通科学与 工程学院 (72)发明人 张连振　彭思杰　孙勇　卫学亮　 吴红林　孙永明　刘宇　张大光　 (74)专利代理 机构 哈尔滨市晨晟知识产权代理 有限公司 23219 专利代理师 刘坤 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/13(2020.01) E01D 22/00(2006.01) (54)发明名称 一种基于分布式MTMDI的大跨度桥梁多阶涡 激振动控制方法 (57)摘要 一种基于分布式MTMDI的大跨度桥梁多阶涡 激振动控制方法， 属于结构振动控制领域。 为解 决现有TMD在对低频结构竖向振动控制时由于 静 伸长过大而无法应用的问题。 本发 明包括如下步 骤： 建立目标桥梁的有限元模型， 通过模态分析 得到结构 的模态信息， 包括频率、 振型和模态质 量， 根据设计通行风速和主梁断面斯托罗哈数确 定目标模态 的阶数， 根据振型向量确定MTMDI各 个子TMDI的布置位置， 确定各阶模态质量比， 根 据布置位置的振型值， 计算各子TMDI的物理质 量， 根据梁内安装空间， 确定 各TMDI的惯性质量， 采用基于迭代的MTMDI参数优化方法确定各组 MTMDI的最优参数。 本发明用于大跨度桥梁。 权利要求书3页 说明书8页 附图3页 CN 114912324 A 2022.08.16 CN 114912324 A 1.一种基于分布式MTMDI的大跨度桥梁多阶涡激振动控制方法， 其特征在于： 包括如下 步骤： S1、 建立目标桥梁的有限元模型， 通过模态分析得到结构的模态信息， 包括频率、 振型 和模态质量； S2、 根据设计通行风速和主梁断面 斯托罗哈数确定目标模态的阶数； 通过斯托罗哈公式计算涡脱频率， 通过最大通行风速对应的涡脱频率得 出目标模态， 确定目标模态的阶数N， 斯 托罗哈公式为： f为涡脱频率， St为主梁断面 斯托罗哈数， D为主梁高度， U是设计通行风速； S3、 根据振型向量确定 MTMDI各个子TMDI的布置位置； S4、 确定各阶模态质量比， 根据布置位置的振型值， 计算各子TMDI的物理质量， 根据梁 内安装空间， 确定各TMDI的惯性质量； S5、 采用基于迭代的MTMDI 参数优化方法确定各组MTMDI的最优参数； 步骤S5的具体实现为： S5.1、 不考虑不同模态MTMDI之间的协同作用， 对各组MTMDI进行单独优化， 得到各组 MTMDI参数初始值； S5.2、 对各阶目标模态对应的MTMDI进行优化， 在对第i阶模态进行优化时， 第i组MTMDI 的频率、 阻尼比为优化变量， 其余组MTMDI视为非共振MTMDI， 参数保持不变， 通过有效质量 menri计入其对参数优化的影响， 得到更新后的各组MTMDI 参数； S5.3、 计算更新后的MTMDI的频率、 阻尼比的偏移和所有MTMDI共同作用时主梁各阶模 态动力放大系 数幅值的变化， 得到三个迭代结果偏移向量， 采用二范数来衡量偏移向量的 大小； S5.4、 判断三个迭代结果偏移向量的大小是否小于预设容许值， 若不满足， 重复步骤 S5.2‑5.3， 若三个结果偏移向量的二范 数均小于预设容许值时， 输出最优MTMDI 参数。 2.根据权利要求1所述的一种基于分布式MTMDI的大跨度桥梁多阶涡激振动控制方法， 其特征在于： 步骤S3具体实现包括如下子步骤： S3.1、 根据主梁内部构造和实际安装空间限制， 确定MTMDI安装的候选位置， 并确定候 选位置对应的各阶模态振型值； S3.2、 每阶模态采用一组MTMDI进行控制， 每个候选位置仅布置1个TMDI， 由低模态向高 模态， 依据各候选位置振型值的大小， 由大到小逐个放置TMDI。 3.根据权利要求2所述的一种基于分布式MTMDI的大跨度桥梁多阶涡激振动控制方法， 其特征在于： 步骤S 3.1中根据MTMDI安装的候选位置的坐标， 从振 型矩阵中提出相应的子矩 阵Φc＝[φc1…φci…φcN]， 其中φci为候选位置在第i阶模态振型的振型值； 步骤S3 .2中得到各组MTMDI的布置位置， 相应的振型矩阵为Φc的子矩阵 其中ψsi为第i组MTMDI所在位置对应的振型矩阵， 为q ×N矩阵， q为 MTMDI的子TMDI个数， N 为目标模态的阶数， 上 标T为转置。 4.根据权利要求3所述的一种基于分布式MTMDI的大跨度桥梁多阶涡激振动控制方法，权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114912324 A 2其特征在于： 步骤S3.1主梁内部构造为横隔板分布。 5.根据权利要求4所述的一种基于分布式MTMDI的大跨度桥梁多阶涡激振动控制方法， 其特征在于： 步骤S4具体实现包括如下子步骤： S4.1、 根据减 振需求， 确定各阶模态MTMDI的质量比； S4.2、 根据第i阶模态MTMDI的质量比μi， 计算子TMDI的物理质量， 计算公式为： 其中， Mi为桥梁第i阶模态质量； mi为第i组MTMDI中子TMDI的物理质量； q为该组MTMDI的 子TMDI个数； 为第h个子TMDI所在位置对应的第i阶模态振型值； S4.3、 根据梁内安装空间， 确定TMDI的最大静伸长， 从而确定TMDI的惯性质量； 第h个子TMDI的实际频率ωh和阻尼比ξh分别为 其中， mh,ch,kh和bh分别为第h个子TMDI的物理质量、 阻尼系数、 刚度和惯性质量； 第h个子TMDI的静伸长为： 其中， g为重力加速度。 6.根据权利要求5所述的一种基于分布式MTMDI的大跨度桥梁多阶涡激振动控制方法， 其特征在于： 步骤S5.1得到各组MTMDI参数初始值X0＝[P10…Pi0…PN0]， 其中Pi0为第i组 MTMDI的初始参数， 为2 ×q矩阵， 第一行为实际频率， 第二行为实际阻尼比； 步骤S5.4迭代设置终止条件为： max(Norm1,Norm2,Norm3)＜ ε 其中， ε为预设容许值。 7.根据权利要求6所述的一种基于分布式MTMDI的大跨度桥梁多阶涡激振动控制方法， 其特征在于： 步骤S5.2对第i阶MTMDI进行优化时， 取在MTMDI作用下单自由度系统的频响函 数作为目标函数， 优化变量为第i阶MTMDI的频率和阻尼比， 其初值为Pi(k‑1)， 其余非共振 MTMDI的参数不变， 为Xk‑1， 通过有效质量menri计入其对参数优化的影响， 通过优化算法得到 使|Hi(jω)|最大值 最小的第i组MTMDI的频率和阻尼比Pik； 则第i阶MTMDI优化的目标函数|Hi(jω)|为： 其中， Mi,Ci和Ki分别为主结构的第i阶模态质量、 阻尼和刚度； ω为涡脱频率； j为虚数 单位； mei为MTMDI的有效质量， 代 表了MTMDI对主结构的动力作用；权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114912324 A 3