طراحی چاه غیر خطی انرژی برای کاهش ارتعاشات ناشی از زلزله

در این تحقیق به مطالعه نظری کاربرد «انتقال هدفمند انرژی» با استفاده از «چاه غیر خطی انرژی» در ایزولاسیون ارتعاشی سازه ها در برابر تحریکات زلزله، پرداخته شده است. پس از مروری جامع بر انواع ایزولاسیون در مقالات و مقایسه بین هر یک، انواع ایزولاسیون غیر فعال اعم از نسلهای پیشین آن و همچنین ایزولاتور های غیر فعال جدید با قابلیت ارتقاء عملکردی، همچون «چاه غیر خطی انرژی»، مورد مطالعه قرار گرفتند. همین طور، با تشریح مبانی و مکانیزم های انتقال هدفمند انرژی، پیش بینی گردید که با اتصال «چاه غیر خطی انرژی» به سیستم اصلی (سازه)، علاوه بر پوشش وسیع باند فرکانسی، انرژی القایی زلزله به سیستم سریعاً و به صورت یک سویه و برگشت ناپذیر توسط ایزولاتور، جذب و خنثی گردیده؛ به طوری که این نوع ایزولاسیون توانایی تطبیق پذیری و کارایی خوبی در برابر شرایط خارجی از خود نشان داده و دارای مزایای فراوانی نسبت به ایزولاتور های متناظر خود می باشد. در ادامه، سازه مورد بررسی به صورت یک سیستم سه درجه آزادی و ورودی آن سیگنال زلزله در نظر گرفته شد؛ سپس ایزولاسیون ارتعاشی، به واسطه اتصال ایزولاتور های چاه غیر خطی انرژی هموار چند درجه آزادی با میرایی خطی و غیر خطی به سیستم اصلی اعمال گردید؛ همین طور جهت افزایش بیشتر کارایی ایزولاسیون، ایزولاتور ارتعاشی- ضربه ای به طرح های قبلی اضافه گردید. در ابتدا، با استفاده از روش cx-a، آنالیز مودهای متعامد غیر خطی به منظور درک مفاهیم غیر خطی ذکر شده و همچنین پاره ای صحت سنجی انجام گردید. سپس، دستگاه معادلات رندوم غیر خطی حاکم بر سیستم با دقت بالایی حل شده و درستی انجام کار از طریق مقایسه با نتایج موجود در مقالات مرجع مورد تأیید قرار گرفت. در این حین، پروسه بهینه سازی مسئله با هدف رسیدن به بهترین و کارآمدترین جواب های ممکن انجام شد؛ و عملکرد و کارایی هر یک از طرحهای جدید مطرح شده، در مقایسه با ایزولاسیون خطی و همچنین ایزولاسیون چاه غیر خطی انرژی به کار گرفته شده در مقالات مرجع، بر مبنای یک سری شاخص های عملکردی، مورد بررسی قرار گرفتند. همین طور به منظور بررسی عمیق تر رفتار دینامیکی مجموعه، منحنی های دامنه- فرکانس، تبدیل موجک، آنالیز های اتفاقی و انرژی استهلاک، استخراج و مورد مطالعه قرار گرفتند. طی بررسی تحلیل های صورت گرفته، مشخص گردید که در سیستم کنترل شده در مقایسه با سیستم کنترل نشده، ضمن «تطبیق رزونانسی گذرا»، انتقال و استهلاک حجم زیادی از انرژی القایی در مستهلک کننده، غالب مودهای متعامد غیر خطی سیستم موضعی گردیده که خود کاهش دامنه ها را به همراه خواهند داشت. همچنین طی انجام پروسه بهینه سازی مشخص گردید که مقادیر تابع هدف و شاخص ها در مقایسه با انواع ایزولاسیون پیشنهادی توسط مراجع و مقالات پیشین، کاهش چشمگیری داشته اند. همین طور با مقایسه پاسخ های هر یک از سیستم ها در حوزه زمان، کاهش مطلوب دامنه های ارتعاشی و پایداری سریع سیستم مشهود می باشند. از سوی دیگر با مطالع? منحنی های چگالی طیفی توان سیستم در حوزه فرکانس، ضمن ایجاد پدید? «پراکندگی فرکانسی» در تمام مودهای سازه، پاسخ سیستم از فرکانس های پایین تر با دامن? ارتعاشی بیشتر به فرکانس های بالاتر با دامن? کمتر پراکنده شده، در نتیجه با پراکندگی انرژی القایی به سیستم در بین تمام مودهای ارتعاشی کاهش چشمگیری در سطوح تمام دامنه ها برای سیستم کنترل شده رخ می دهد. همچنین ، حجم انرژی استهلاکی و سرعت تأثیر آن در سیستم کنترل شده در مقایسه نسبت به حالت کنترل نشده، به خوبی افزایش یافته است. نتیجتاً، تمام مطالعات و تحلیل های صورت گرفته حاکی از ایزولاسیون ارتعاشی مطلوب و کارایی به مراتب بهتر طرحهای پیشنهادی، نسبت به انواع پیشین می باشد.