主要介绍调谐质量阻尼器的设计准则是（主要介绍调谐质量阻尼器的设计准则是什么）

在本文中，我们主要介绍调谐质量阻尼器的设计准则。在此之前，我们先来看一个非常著名的减振器应用实例：上海商城动力减振器。当台风来袭时，由于上海中心大楼很高（频率很低），很容易激发大楼的横向振动。在这种情况下，调谐质量阻尼器将发挥作用。原则上，此类阻尼器的目的是传递对阻尼器本身造成结构损坏的振动（动态吸振）。与增加建筑物本身的耗能（阻尼）相比，增加阻尼器本身的阻尼更容易控制，成本也更低。同时，阻尼器本身进行刚体运动，其所承受的弹性变形会比建筑结构本身小得多，因此不易发生结构疲劳破坏。一般来说，在调谐质量阻尼器中，有质量元件、弹簧元件和阻尼元件。为了解释它的工作原理，我们首先讨论动态减振器。动态减振器的基本结构与调谐质量阻尼器类似，但没有阻尼元件。从振动能量传递的角度来看，两者的原理几乎是一样的。

1.动力吸振器的基本原理

首先，我们用一个简化的系统来说明其基本原理。在该系统中，其激励源是偏心旋转质量。当原振动系统中不安装动吸振器时，旋转不平衡系统可表示为：

我们可以看到，虽然振动在主系统的固有频率处大大减少，但在其附近的两个频率处，我们创建了两个新的振动峰值。

如果主振动系统仅以固定频率运行，动态减振器非常有效。事实上，大多数情况下，振动的激励频率并不是单一的。例如，如果一台机器以固定频率运行，但当它打开或关闭时，会激发其他频率。再比如，对于桥梁或者建筑物来说，它的振动激励实际上是风荷载。对于风荷载，振动激励是宽带激励。因此，动态吸振器并不能有效解决振动问题。因此，该动态吸振器中添加了阻尼元件。其基本工作原理是主系统的部分振动能量由阻尼元件耗散，另一部分能量传递给阻尼器。则不会再产生新的主系统振动峰值。在下一章中，我们将讨论调谐质量阻尼器的基本原理和设计标准。

2. 调谐质量阻尼器的基本原理

事实上，对于调谐质量阻尼器来说，频率的设计标准与动力吸振器的设计标准基本相同。唯一的区别是阻尼元件可能会稍微改变相位。因此，在设计调谐质量阻尼器时，为了补偿这种相移，阻尼器的固有频率应为：

其中是阻尼器与振动结构的质量比。接下来的问题是如何选择阻尼器的阻尼。由于我们的关注点始终是主系统的振动（上例中为旋转不平衡平台的振动），随着调谐质量阻尼器的阻尼变化，主系统的频率响应函数如图所示以下：

我们可以看到，当阻尼器的阻尼非常低时，调谐质量阻尼器的响应与动态吸振器的响应非常相似。大量的振动弹性势能仍传递至阻尼器。在主振动系统的共振频率处，振动大大减弱。随着阻尼的增加，部分能量传递被阻止。相反，这部分振动能被转化为热能，因此新产生的两个振动峰值减少了。有趣的是，当主系统发生共振时，振动抑制效果会降低。其实，这是可以理解的。当阻尼器的阻尼增大时，阻尼器产生的动反力与主系统振动力之间的相位差变得更难以达到90度，因此抑制振动的效果会下降。但相比于没有加减振器的主系统的振动，减振器仍然起到了非常有效的作用。当阻尼器的阻尼很高时，主系统的弹性势能更难以传递到阻尼器，因此我们只能在频谱上看到一个振动峰值。与主系统的弹性势能相比，阻尼器中阻尼产生的能量耗散极为有限，因此最终随着阻尼的增大，主系统的振动反而增大。经典的调谐质量阻尼器设计原理提供了该阻尼器的最佳阻尼比：

三、总结

在本文中，我们介绍了动态减振器和调谐质量阻尼器的基本原理，以及如何设计动态减振器的基本方法。现实中，无论是机械结构还是建筑结构，都不是简单的单自由度系统。在下一篇文章中，我将通过一个例子来介绍如何实际设计调谐质量阻尼器。

审稿人：刘庆