Analytical H∞ and H2 optimization for negative-stiffness inerter-based systems

刚度 振动 还原(数学) 加速度 结构工程 谐波 控制理论(社会学) 弹簧(装置) 有限元法 数学 物理 声学 工程类 计算机科学 几何学 经典力学 人工智能 控制(管理)
作者
Jue Wang,Ying Zhang,D. T. W. Looi
出处
期刊:International Journal of Mechanical Sciences [Elsevier]
卷期号:249: 108261-108261 被引量:2
标识
DOI:10.1016/j.ijmecsci.2023.108261
摘要

Two novel dynamic vibration absorbers containing inerter and negative stiffness (NI-DVA) are presented to reduce the vibration of a primary system which is subjected to the acceleration excitation from the base. The NI-DVAs which are called N-TID and N-TVMD, are composed of a parallel inerter and negative stiffness spring that connected with a spring and a dashpot in different layouts. The analytical expressions of optimal stiffness ratio, damping ratio and negative stiffness ratio for both H∞ and H2 optimization design are derived based on the fixed-points theory and extreme value theory under the Routh-Hurwitz stability condition. These analytically optimal design parameters of NI-DVAs are expressed as functions of the inertance mass ratio. The effectiveness of the analytical solutions of optimal parameters for two NI-DVAs is verified by comparing them with the results obtained from the numerical searching optimization method. The vibration reduction performance of the negative stiffness element in the N-TID and N-TVMD is evaluated by comparing it with TID and TVMD harmonic excitation, white noise, and non-stationary earthquake waves. The numerical studies suggest that the presence of the negative stiffness element in NI-DVAs possesses superior vibration reduction performance compared with their original counterparts. Though higher improvement in vibration reduction performance is observed from N-TID due to the existence of a negative stiffness element, N-TVMD outperforms N-TID in terms of vibration reduction under both harmonic and random acceleration excitation.
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