Challenge toward simultaneous reduction in displacement and acceleration in a low-frequency structure by physical implementation of rate-independent linear damping

通过物理实现与速率无关的线性阻尼来同时减少低频结构中的位移和加速度的挑战

• 批准号: 19J11299
• 负责人: LUO HAO
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-25 至 2021-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19J11299/
• 关键词: 複素減衰; 一般化マクスウェルモデル; 因果的フィルター; 負剛性; Biotモデル; レオロジー; 非整数階微積分; Scott-Blairモデル

本研究課題では，超高層建物や免震建物のように長周期地震動の影響を受けやすい構造物に生じる地震時過大変形を効果的に抑制する「変位制御設計」の考え方に基づき，それに有効な「複素減衰」を実デバイスとして実装する方法を提案した．複素減衰は，因果律を満足しない理論上の理想的減衰要素であるが，既往研究で複素減衰の性能を近似する双一次型の因果的デジタルフィルターが提案されており，アクティブ／セミアクティブ制御で複素減衰に近い性能を実現している．本研究では，この研究を更に発展・展開して，因果的デジタルフィルターをパッシブデバイスとして実装する方法を提案した．具体的には，Maxwell要素に負剛性要素を並列結合することで因果的デジタルフィルターと等価なインピーダンス特性が実現できることを示した．また，解析的・実験的検討により提案デバイスが長周期構造物の地震時過大変形抑制に有効であることを示した．パッシブデバイスとして，当初の研究計画ではその粘性部が速度に比例する抵抗力を発揮するモデルのみを対象としていたが，粘性部変形の分数次導関数に比例する抵抗力を発揮する要素にも検討の対象を拡張した．この分数次導関数モデルと線形バネの直列結合によりScott-Blair モデルを構成し，より高い精度で複素減衰を近似できることを示した．さらに，分数次導関数モデルにおいて，その次数を変化させることで，従来知られていた複素減衰の因果的近似モデルを表現できることを発見し，これが，複素減衰の因果的近似モデルに関する統一理論の基礎となることを明らかにした．

This research topic で は, super-tall building や from seismic building の よ う に long period ground motion の を by け や す い structure に raw じ る too much during the earthquake - shaped を unseen fruit に inhibiting す る "- a royal design" の え party に test base づ き, そ れ に have sharper な "complex damping" を be デ バ イ ス と し て be loaded す る method proposed を し た. Element complex damping は, causality を against foot し な い の theoretically ideal damping elements で あ る が, previous studies で element complex damping performance を の approximate す る type double a の causal デ ジ タ ル フ ィ ル タ ー が proposal さ れ て お り, ア ク テ ィ ブ / セ ミ ア ク テ ィ ブ suppression で element complex damping に nearly い performance を be presently し て い る. This study で は, こ の を more に 発 exhibition, expand し て, cause and effect of デ ジ タ ル フ ィ ル タ ー を パ ッ シ ブ デ バ イ ス と し て be loaded す る method proposed を し た. Specific に は, Maxwell elements に negative rigidity を tied for combining す る こ と で causation of デ ジ タ ル フ ィ ル タ ー と etc 価 な イ ン ピ ー ダ ン ス features が be presently で き る こ と を shown し た. ま た, parsing, be of 験 検 に よ り proposal デ バ イ ス が long-period structure の is too big - shape when the earthquake has suppressed に unseen で あ る こ と を shown し た. パ ッ シ ブ デ バ イ ス と し て, の original research projects で は そ の viscous department に が speed ratio す る resistance を 発 swing す る モ デ ル の み を like と seaborne し て い た が, viscous department - shaped の fractional number guide masato に proportion す る resistance を 発 swing す る elements に も beg の 検 like を seaborne company, zhang し た. こ の fractional number guide masato モ デ ル と linear バ ネ の array combination に よ り Scott - Blair モ デ ル を constitute し よ り element has high precision い で complex damping を approximate で き る こ と を shown し た. さ ら に, fractional number guide masato モ デ ル に お い て, そ の を times - the さ せ る こ と で, 従 to know ら れ て い た element complex damping の causal approximate モ デ ル を performance で き る こ と を 発 し, こ れ が, damping compound element の causal approximate モ デ ル に masato す る unified theory の と な る こ と を Ming ら か に し た.

项目成果

A causal fractional-order filter to approximate the performance of rate-independent linear damping Part 1: The proposed model

一种因果分数阶滤波器来近似率无关线性阻尼的性能第1部分：提出的模型

• 发表时间: 2019
• 作者: Hao Luo;Kohju Ikago;羅 浩，劉 威，五十子 幸樹;羅 浩，劉 威，五十子 幸樹;五十子幸樹，羅浩，福田伊織，李大偉;Dawei LI，五十子幸樹，薛松濤，Hao LUO;薛松濤，Dawei LI，五十子幸樹，Hao LUO;Hao LUO，福田伊織，半澤吉将，Dawei LI
• 通讯作者: Hao LUO，福田伊織，半澤吉将，Dawei LI

Theoretical Analysis of a Novel Eddy Current Inerter Damper Part2: Parameter Analysis

新型涡流惯性阻尼器的理论分析第二部分：参数分析

• 发表时间: 2019
• 作者: Masaya Fujita;Taichi Sakumoto;Kenta Tanatani;Naofumi Kamimura;Eiji Masai;五十子幸樹，羅浩，福田伊織，李大偉;中里 亮介;羅浩，福田伊織，李大偉，五十子幸樹;中里亮介;李大偉，薛松濤，五十子幸樹，謝麗宇，羅浩;李大偉，五十子幸樹，薛松濤，謝麗宇，羅浩
• 通讯作者: 李大偉，五十子幸樹，薛松濤，謝麗宇，羅浩

An order reduction technique for nonlinear dynamic analysis of a structural system incorporated with rate-independent linear damping Part 2: Numerical verification

用于与速率无关的线性阻尼相结合的结构系统非线性动力分析的降阶技术第 2 部分：数值验证

• 发表时间: 2020
• 作者: Hao Luo;Kohju Ikago;羅 浩，劉 威，五十子 幸樹;羅 浩，劉 威，五十子 幸樹
• 通讯作者: 羅 浩，劉 威，五十子 幸樹

A first-order approximation of Biot’s model to realize rate-independent linear damping Part1: A review of the state of the art

用于实现速率无关线性阻尼的 Biot 模型的一阶近似第 1 部分：现有技术回顾

• 发表时间: 2019
• 作者: Hao Luo;Kohju Ikago;羅 浩，劉 威，五十子 幸樹;羅 浩，劉 威，五十子 幸樹;五十子幸樹，羅浩，福田伊織，李大偉
• 通讯作者: 五十子幸樹，羅浩，福田伊織，李大偉

An order reduction technique for nonlinear dynamic analysis of a structural system incorporated with rate-independent linear damping Part 1: Formulation of the technique

用于与速率无关的线性阻尼相结合的结构系统非线性动力分析的降阶技术第 1 部分：该技术的公式化

• 发表时间: 2020
• 作者: Hao Luo;Kohju Ikago;羅 浩，劉 威，五十子 幸樹
• 通讯作者: 羅 浩，劉 威，五十子 幸樹