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调谐质量阻尼器(TMD)是结构振动控制中应用最广泛的被动控制装置之一。碰撞式调谐质量阻尼器(pounding tuned mass damper,简称PTMD)是一种新型被动减振装置,在TMD基础上增加了一个限制TMD位移的挡板,并在挡板和质量块间设置了一层粘弹性材料,利用惯性力、碰撞力进行结构减振。碰撞TMD所需布置空间小,且鲁棒性好,是一种具有广泛应用前景的减振技术。为了确定碰撞TMD的优化设计参数,需要对碰撞TMD的碰撞力模型开展深入研究。在综述碰撞TMD研究现状的基础上,采用两种粘弹性材料,针对碰撞TMD的碰撞力模型开展了试验和理论研究,根据试验得到的碰撞力和缩进位移,利用粒子群算法识别了碰撞力模型参数,并对碰撞TMD在自由振动和受激振动下的减振性能进行了分析。主要研究工作包括:(1)介绍了TMD的研究概况和碰撞阻尼器的国内外研究现状,明确了论文研究的主要内容和意义。根据几种常见碰撞模型,讨论了近似阻尼常数表达式。总结了粘弹性材料在碰撞过程中的耗能机理及非线性特征,介绍了弹性后效概念,为深入研究碰撞TMD建立了理论基础。(2)制作了碰撞TMD的碰撞力试验装置,针对球面、柱面、平面三种碰撞类型,开展了两种粘弹性材料与钢块间的碰撞试验,获得了碰撞过程的碰撞力和缩进位移时程。研究了循环次数、初始释放距离、材料厚度、不同接触面等对碰撞力的影响,分析了两种材料碰撞前后的缩进位移与弹性恢复系数。(3)基于经典Hertz-damp碰撞理论,提出了粘弹性碰撞力学模型,建立了包括弹性恢复力和阻尼力的非线性碰撞力方程。基于能量守恒原理,确定了碰撞刚度、非线性指数和碰撞阻尼系数的关系。以碰撞力为优化目标,根据碰撞试验得到的碰撞力和缩进位移,采用智能粒子群算法对碰撞刚度和非线性指数等参数进行了辨识。对不同工况下的试验值和模型理论计算值进行了对比分析。(4)建立了单自由度结构-碰撞TMD系统的运动方程,对自由振动、简谐激励、随机激励三种条件下TMD、碰撞TMD的减振性能进行了仿真分析。同时,对不同粘弹性材料的减振性能、碰撞TMD的控制鲁棒性、碰撞TMD的优化参数也进行了研究,全面评估了碰撞TMD的减振性能。