利用超声波振动在定向能量沉积过程中实现超细晶粒控制

《INTERNATIONAL JOURNAL OF MECHANICAL SCIENCES》：Ultrafine grain control by ultrasonic vibrations in directed energy deposition

地震防护中，双调谐质量阻尼器（DTMD）系统通过连廊粘弹性耦合装置实现相邻建筑动态耦合，低维剪切模型分析显示该系统有效降低结构位移和层间位移角，且性能随参数变化显著优化。

　　在现代建筑领域，地震防护已成为一项至关重要的课题，尤其是对于中高层建筑而言，其结构在地震作用下的动态响应往往更加复杂和不可预测。为了应对这一挑战，工程界不断探索新的保护策略，旨在提高建筑的抗震性能和结构韧性。其中，一种新兴的方法是通过引入专门的设备，将相邻建筑进行连接，从而利用其耦合的动态特性来减少地震带来的影响。这种策略的核心在于，通过结构间的相互作用，实现能量的更有效耗散和振动的更高效控制。

本文研究了一种创新的地震防护系统，即通过天桥集成的双调谐质量阻尼器（Dual Tuned Mass Damper, DTMD）系统。该系统采用两个独立调谐的调谐质量阻尼器（TMD），并通过粘弹性耦合装置将它们相互连接。这种设计不仅考虑了相邻建筑之间的动态耦合，还通过直接连接两个TMD，进一步增强了系统的稳定性与抗震能力。相比于传统的独立TMD系统，DTMD系统能够更好地利用结构间的相互作用，从而在更广泛的参数配置下展现出优越的抗震性能。

为了评估该系统的有效性，本文构建了一个低维的机械模型，将每栋建筑简化为一个动态等效的两自由度（2-DOF）剪切型系统。这种简化模型能够在保证计算效率的同时，清晰地描述结构的动态行为。通过将TMD直接连接到建筑结构上，并在天桥中引入粘滞阻尼元件，系统能够有效控制相邻建筑之间的相对位移，降低地震引起的结构振动和碰撞风险。粘弹性耦合装置的作用在于，它不仅能够实现两个TMD之间的能量传递，还能够在结构振动过程中提供额外的阻尼效果，从而进一步优化系统的整体性能。

在实际应用中，地震防护系统的性能往往受到多种因素的影响，包括TMD的质量、阻尼特性、安装位置以及结构本身的几何和力学参数。因此，本文通过广泛的参数分析，探讨了这些关键参数对系统抗震性能的影响。研究发现，TMD的最佳安装位置通常对应于结构在主要低阶模态和高阶模态下位移最大的楼层。这一结论与现有文献中的研究结果相吻合，同时指出，当使用调谐质量阻尼器惯性装置（TMDI）时，TMD的最佳安装位置可能会有所变化，具体取决于结构的动态特性和系统配置。这表明，对于具有中间楼层连接的建筑，采用DTMD系统可能具有更大的应用潜力。

在分析过程中，本文采用了频率响应曲线来研究耦合系统的动态特性。通过比较不同配置下的系统响应，研究者能够直观地观察到TMD之间的直接连接如何影响系统的整体性能。结果显示，当两个TMD通过粘弹性装置相互连接时，系统的位移和层间位移显著减小，尤其是在地震激励下，这种连接方式能够更有效地抑制结构的剧烈振动。此外，本文还定义了若干关键的性能指标，如位移峰值、层间位移角和加速度响应，用于量化系统在不同地震条件下的表现。

为了进一步验证DTMD系统的抗震能力，本文进行了地震分析，使用了多种具有不同特征的地震记录作为基础激励。研究结果表明，该系统在各种地震条件下均能有效降低建筑的响应，特别是在高震级和复杂地震波形的激励下，其性能优势更加明显。通过对比不同结构配置和参数组合下的分析结果，研究者发现，DTMD系统在减少层间位移、抑制结构振动以及提升整体稳定性方面表现出色。这一结论为未来在类似建筑结构中应用该系统提供了理论依据和技术支持。

在地震防护系统的设计中，一个重要的考量是系统的适应性和鲁棒性。传统的独立TMD系统在面对极端地震力时可能表现不佳，尤其是在TMD与主结构的质量比较小时。而DTMD系统通过引入粘弹性耦合装置，不仅能够增强系统的能量耗散能力，还能够提升其在部分设备失效情况下的适应性。例如，当其中一个TMD出现故障时，另一个TMD仍能通过粘弹性耦合装置维持一定的控制效果，从而减少对整体结构的影响。这种设计思路在实际工程中具有重要的应用价值，尤其是在需要高可靠性和安全性的建筑领域。

此外，本文还探讨了不同连接方式对系统性能的影响。研究表明，连接点的位置和数量对系统的抗震效果具有显著影响。例如，当连接点分布在多个楼层时，系统能够更均匀地分配地震能量，从而降低局部应力集中和结构损伤的风险。而当连接点集中在特定楼层时，系统则能够更有效地控制该楼层的振动，提升整体的抗震能力。因此，在实际工程中，需要根据建筑的具体结构特征和地震风险来优化连接点的布局，以实现最佳的抗震效果。

本文的研究成果为相邻建筑的地震防护提供了新的思路和方法。通过将TMD系统与天桥结构相结合，并引入粘弹性耦合装置，DTMD系统能够在保持结构轻量化的同时，显著提升其抗震性能。这种系统不仅适用于新建建筑，也适用于现有建筑的抗震加固。随着城市化进程的加快，高层建筑和相邻建筑的组合结构日益增多，因此，开发高效、可靠的地震防护系统具有重要的现实意义。

未来的研究方向将包括更深入的分析和更精确的数值模拟，以进一步优化DTMD系统的参数配置和结构设计。此外，实验验证也是不可或缺的一环，通过实际测试可以更全面地评估系统的性能，并为工程应用提供可靠的数据支持。本文的研究为后续工作奠定了基础，同时也为相关领域的研究人员提供了有价值的参考。

在实际工程应用中，DTMD系统的实施需要考虑多个因素，包括建筑的结构类型、连接方式、TMD的参数选择以及粘弹性耦合装置的性能。因此，在设计和实施过程中，必须进行充分的前期研究和系统分析，以确保系统的有效性和安全性。同时，还需要结合实际工程条件，对系统进行动态优化，使其能够适应不同的地震环境和建筑需求。

综上所述，本文提出了一种创新的地震防护策略，即通过天桥集成的DTMD系统，利用相邻建筑的耦合动态特性来提升整体抗震性能。研究结果表明，该系统在多种参数配置下均能有效降低建筑的响应，具有较高的工程应用价值。未来的研究将继续深入探讨该系统的优化设计和实际应用，为建筑抗震领域的发展提供新的解决方案。