Ayarlı kütle sönümleyicilerin optimum parametreleri
Explicit formulas for optimum parameters of tuned mass dampers
Yazar: MEHMET ALİ KÖSEN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ GÜLÇİN TEKİN ÖZKAN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Mekanik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Ayarlı kütle sönümleyiciler (AKS) uyarıcı hareket etkisinde oluşan dinamik titreşimleri azaltmak için birincil sisteme bağlanan pasif titreşim kontrol cihazlarıdır. En yaygın kullanılan Kelvin-Voigt tipi AKS, dinamik titreşim sönümleyicinin (DVA) standart modeli olarak bilinmektedir. Bu çalışmanın amacı, viskoelastik tip ayarlı kütle sönümleyicileri (V-TMD) kullanarak pasif kontrol cihazlarının titreşim kontrol performansını iyileştirmektir. Çalışma, V-TMD'nin viskoelastik davranışını Zener modeli ile temsil etmiştir. Bu çalışmada, bir V-TMD'nin optimum parametrelerinin belirlenmesi için sabit nokta yöntemi kullanılmıştır. Bileşik sistemin dinamik büyütme faktörü (DAF veya 𝛽) frekans uzayında elde edilmiştir. Sönümsüz tek serbestlik dereceli ana yapıya bağlı V-TMD sisteminin optimum parametreleri, taban uyarımı etkisi altında DAF'yi en aza indirerek elde edilmiştir. Sistemin kütle oranı (µ), sönüm oranı (ξ) ve rijitlik oranı (𝜅) gibi optimum parametreler türetilmiş ve mühendislik tasarımları için optimum V-TMD parametrelerinin açık ifadeleri verilmiştir. Ayrıca farklı kütle oranlarına (μ) göre dinamik büyütme faktörü değerlerinin değişimi de tartışılmıştır. V-TMD'nin titreşim genliklerini azaltmada çok etkili olduğu kanıtlanmıştır. Çalışma, titreşim sönümlemesinde V-TMD tasarımını hedefleyen mühendislik uygulamaları için optimum parametreleri, basit ve kullanımı kolay ifadelerin işlem adımlarını açıklayarak değerli görüşler sunmaktadır.

Abstract:
Tuned mass dampers (TMDs) are passive vibration control devices that are attached to a primary system to reduce the dynamic vibrations under exciting motion. The Kelvin-Voigt-type TMD, which is the most widely used one, is known as a standard model of dynamic vibration absorber (DVA). The purpose of this study is to improve the vibration control performance of passive control devices by using viscoelastic-type tuned mass dampers (V-TMDs). The study adopts the Zener model to represent the viscoelastic behavior of V-TMD. In this study, the fixed-point method is used to determine the optimum parameters of a V-TMD. The displacement amplification factor (DAF or 𝛽) of the coupled system is obtained in the frequency domain. The optimal parameters of the V-TMD system attached to an undamped single degree-of-freedom (SDOF) main system are obtained by minimizing the DAF under the effect of base excitation. The optimum parameters, such as damping ratio (ξ) and stiffness ratio (𝜅) of the coupled system are derived, and explicit expressions corresponding to the optimum parameters are presented for engineering design. Moreover, the change in DAF values for different mass ratios (µ) is also discussed. It is proven that V-TMD is very effective in reducing the amplitudes of vibration. The study also provides valuable insights for engineering applications wishing to design and implement V-TMD for vibration control applications because simple and easy-to-use expressions are explained with step-by-step procedures to obtain optimum parameters.