位移放大型黏滞阻尼装置的减震效果研究

为解决普通黏滞阻尼器性能在层间位移较小的结构或位置难以得到充分发挥的问题,提出一种基于杠杆原理将位移和速度放大的黏滞阻尼装置,该装置通过放大普通黏滞阻尼器两端的相对位移,进而放大相对速度,使阻尼器性能得以充分发挥,更好地达到降低结构地震响应的效果。以某实际工程结构为背景,通过SAP2000有限元软件建立有限元模型,分析原结构、附加普通黏滞阻尼器结构和附加放大型黏滞阻尼器结构在3条地震波作用下的地震响应。结果表明,在3条地震波作用下,相较于附加普通筒式黏滞阻尼器结构,附加放大型黏滞阻尼器结构的层间位移角和基底剪力降低幅度均较大,说明放大型黏滞阻尼器相较于普通黏滞阻尼器有更好的减震效果。

基于位移放大的压电致动器设计与仿真

压电叠堆致动器广泛用于驱动智能变形装置,由于压电叠堆输出位移小,需要放大结构增大位移输出。设计了一种椭圆形位移放大结构,分析了椭圆长轴、壳体厚度、X方向位移和压电叠堆宽度等结构参数对Y方向的位移输出、应力强度和放大倍数等性能的影响规律,优化了结构参数,并制作了样品。测试数据表明,位移放大结构实现了5.3倍以上的位移放大;分析了放大结构在高频电压驱动下的瞬态响应,模拟了驱动信号频率对位移输出的影响,结果表明,在周期0.01 s的交变电压驱动下,结构的位移输出未出现失真。

带低屈服点钢耗能梁段高强钢框筒结构的结构影响系数和位移放大系数研究

在传统钢框筒结构的部分裙梁跨中处设置LYP225低屈服点钢耗能梁段,其余构件采用Q460高强度钢材,提出带低屈服点钢耗能梁段高强钢框筒结构(HSS-FTS-LSL)。在地震作用下耗能梁段发生剪切屈服耗散地震能量,梁、柱等构件由于采用高强钢从而保持弹性或部分进入塑性阶段。为了研究HSS-FTS-LSL的结构影响系数和位移放大系数,以楼层数、耗能梁段长度及布置方式为变量,按照我国规范设计了3组共8个HSS-FTS-LSL算例,并且考虑高阶振型的影响,采用分布侧向力调整法对各算例进行了Pushover分析,基于改进的能力谱法计算了8个算例的结构影响系数和位移放大系数,分析了结构层数、耗能梁段长度及布置方式对结构性能系数的影响并给出了建议取值。最后,根据提出的HSS-FTS-LSL抗震设计反应谱对其中一个结构算例进行重设计,并对重设计前后两个算例结构进行弹塑性分析,对比了二者的抗震性能以及用钢量,验证了本文提出的HSS-FTS-LSL结构影响系数建议值的合理性。

位移放大型自复位防屈曲支撑滞回性能分析与数值模拟

提出一种位移放大型自复位防屈曲支撑,通过Abaqus有限元软件建立数值模型,研究支撑滞回性能、自复位特性以及耗能能力。结果表明:该位移放大型自复位防屈曲支撑具有较好的滞回性能、耗能能力及自复位特性。该支撑的承载力受自复位系统刚度影响较大,耗能能力受预拉力影响较小,当预拉力水平较低时,提高预拉力可以大幅提高支撑的复位性能。

引入滚珠丝杠的齿轮式位移放大型振动控制装置工作机理与应用

在钢筋混凝土结构振动位移过小的情况下,为提升结构附加阻尼器的耗能减振作用,本文提出一种基于滚珠丝杠驱动,齿轮齿条啮合运动的新型位移放大型振动控制装置。文中对装置做了尺寸设计和运作机理分析,并对该装置进行了理论推导,得到了位移放大倍数、滚珠丝杠轴力理论公式、位移放大型阻尼器的阻尼力公式以及简谐作用下的滞回耗能公式。运用ABAQUS软件进行有限元分析,软件分析的伪静力数值试验结果与理论推导结果吻合完好,表明了以上推导公式的正确性。结合一个具体微振工程,在简谐激励作用下,对该大型回转装备-单层钢筋混凝土框架结构体系进行了数值模拟分析,结果表明使用该装置后结构的振动控制效果显著。

柔顺正交二级杠杆位移放大机构的设计与分析

设计位移放大机构是扩大压电叠堆驱动器输出位移,进而提升精密定位平台和微纳操作末端执行器工作空间的常见策略之一。对于柔顺位移放大机构,如何提高位移增益并使输出位移达到预期方向是其研究热点之一。鉴于此,对柔顺正交二级杠杆位移放大机构进行了系统性设计与分析。首先,分析机构与压电叠堆驱动器的运动学特性要求,结合机构自由度分析与刚体替代法,对柔顺正交二级杠杆位移放大机构进行系统性结构设计;然后,考虑柔顺铰链中点漂移与杆件变形,运用矢量多边形、卡氏第二定理与静力平衡方程,对机构位移增益进行静力学建模;进而,基于蒙特卡洛方法,对机构尺寸参数进行全局敏感性分析;最终,利用有限元仿真,对机构运动学综合、位移增益建模以及敏感性分析结果的有效性进行验证,并基于敏感性分析和有限元仿真结果,进一步设计了机构尺寸参数的制造公差等级。所提出的机构位移增益建模与敏感性分析方法无需使用输入输出位移正交的条件,可以推广应用于一般的柔顺多级杠杆位移放大机构。

具有位移放大功能的摩擦自复位支撑及其在双柱式桥墩中的应用

针对传统自复位支撑在低强度地震作用下难以充分耗能的问题,基于桥式放大工作机理提出了一种具有位移放大功能的扭转摩擦自复位支撑(self-centering displacement amplified rotational friction brace,SC-DARFB)。介绍了其基本构造、工作原理,给出了其理论恢复力模型,通过数值模拟研究了不同初始放大角度下支撑的力学性能,并对附加SC-DARFB的双柱式桥墩结构进行地震响应分析。结果表明:理论恢复力模型能够有效描述SC-DARFB的滞回性能,与数值模拟结果吻合较好;随着初始放大角度的减小,SC-DARFB起滑荷载、最大荷载和耗能能力均有显著提高,且具有较强的自复位能力;合理的设计能够确保支撑的拉、压最大荷载比满足美国钢结构规范限值1-3,基于此原因建议SC-DARFB采用倒V型对称布置形式;将SC-DARFB应用于双柱式桥墩结构,能够有效减小双柱式桥墩结构的最大墩顶位移及震后桥墩残余位移角,通过减小SC-DARFB初始放大角度能够进一步提高双柱式桥墩的减震耗能能力。

菱形压电微位移放大机构的设计

为提高叠层压电陶瓷作动行程,并使之具有往复对称作动的特性,提出一种基于三角放大原理的菱形压电微位移放大机构。该机构以叠层压电陶瓷作为驱动元件,利用三角位移放大原理,在放大叠层压电陶瓷位移输出的同时,实现在平衡位置两侧的双向主动输出。提出了相应的驱动方法,实现了对该机构输出方向和大小的控制。分析了机构的工作原理,通过解析计算得到该机构的理论放大倍数为2.9,与所建立有限元模型通过仿真计算得到放大倍数2.5相近。制作了试验样机并进行了试验验证,结果显示:该机构在驱动电压为200V时最大输出位移为(32±16)μm,对叠层压电陶瓷位移输出的放大比例为2.4倍,与理论计算相近;频率响应试验表明信号频率对位移输出影响较小。提出的设计方案实现了位移放大和位移双向主动输出这两个预期目标。

柔性桥式微位移机构位移放大比特性研究

为了分析柔性桥式微位移放大机构的位移放大比特性,利用桥式微位移放大机构的结构全对称性,建立了微位移放大机构的1/4数学模型.采用矩阵法建立了其柔度矩阵,进而推导了桥式位移放大机构的输出位移公式及位移放大比公式.采用ANSYS 11.0软件进行了有限元仿真,并与理论模型进行了分析比较.最后,设计加工了一个实验样件,对理论模型进行验证.结果表明:放大机构的位移放大比对柔性铰链间距最为敏感,随着柔性铰链间距的增大,位移放大比先急剧增大后缓慢减小,桥式微位移放大机构理论上可以达到40倍以上的位移放大比,但此时误差失真严重,因而位移放大比不宜设计过大.

位移放大型阻尼墙减震结构的模型试验与数值分析

提出了一种由放大杠杆并联附加在黏滞阻尼墙中的位移放大装置,并对设置位移放大型阻尼墙的新型减震结构进行理论和振动台试验研究。对附加位移放大装置的黏滞阻尼墙系统(AVDW)进行理论分析,给出了基于杠杆倍数的AVDW阻尼力的放大理论计算公式。通过对传统阻尼墙减震结构及2种放大倍数AVDW减震结构的3层模型进行不同加速度峰值输入的振动台试验研究,试验结果表明新型AVDW减震结构减震效果显著。最后通过对一12层框架结构进行传统阻尼墙减震结构及附加AVDW的新型减震结构的数值分析对比,结果表明AVDW相对于一般阻尼墙结构,能更有效地减小结构的层间位移、层间剪力、层加速度等结构动力响应。

基于液压微位移放大结构的新型压电陶瓷直接驱动阀设计及仿真

研制一种基于液压微位移放大结构的压电陶瓷直接驱动伺服阀,实现大流量高频响的要求。针对压电陶瓷输出力大但输出位移小的特点,设计出一种新型的液压微位移放大结构,由柔性铰链膜片式大活塞、密闭容腔、小活塞及压力调节和测量装置构成。采用叠堆式压电陶瓷驱动大活塞,改变密闭容腔内油液的体积形态,放大小活塞端输出位移,驱动滑阀阀芯运动。大活塞采用膜片结构,降低压电陶瓷叠堆的负载,提高密封性能。针对刚性膜片刚度和强度矛盾的问题,设计柔性铰链膜片,对该膜片结构的刚度进行理论分析和数值计算验证。应用有限元方法对结构及各参数进行优化设计,并对最终结构进行刚度和强度分析。基于试制原理样机参数,建模仿真表明液压位移放大倍数9倍,阀芯位置控制误差小于1%。频宽超过550 Hz。试验测得流量曲线,7 MPa压力下,控制流量达到17 L/min。

压电叠堆位移放大致动器的动态特性

为了准确掌握压电叠堆位移放大致动器的动态特性,本文利用谐响应分析、阻抗测试法和动态投影栅线法对其进行分析研究。首先,使用ANSYS分析软件对放大机构的模态和位移随频率变化情况进行有限元分析。然后,运用压电陶瓷的阻抗测试法,对这一压电致动器的阻抗特性进行测量分析。最后通过动态投影栅线法对压电致动器的通放电位移状况进行测量分析。实验结果表明:位移放大机构的谐响应频率为1 724 Hz,能提供较大的输出力矩;压电致动器的谐振频率为8.3 kHz左右,反谐振频率为8.75 kHz左右,它的工作最快响应时间在0.3 ms以内;它能在0.5 ms内完成位移的突变,位移波动小于5μm,且位移量随电压值呈线性变化;放电时的动态位移过程平稳。因此,这一压电致动器具有响应速度快,位移波动小、线性度好、精度高,输出力矩大等较好的动态响应特性,能被广泛应用于各种需要响应快、精度高、位移大的微位移控制驱动系统中,其应用前景值得期待。

压电位移放大机构的力学解析模型及有限元分析

研究了压电位移放大机构的运动学和动力学建模问题。基于能量守恒原理和弹性梁弯曲理论推导了桥式位移放大机构的位移放大比等静力学解析模型;在此基础上,通过拉格朗日方程建立了桥式位移放大机构的固有频率解析模型。通过有限元计算验证和分析了提出的解析模型的可行性和优越性,并与国内外典型的位移放大比数学模型进行了比较。结果表明:由于本文提出的模型考虑了位移放大机构的拉伸和弯曲变形,并且摒弃了国内外普遍采用近似几何关系进行数学推导的思路,因此所建立的位移放大比解析模型精度更高;固有频率解析计算结果与有限元模态分析结果的相对误差约为5%。得到的结果显示:本文给出的建模方法以及位移放大比、固有频率等解析模型可为柔性机构的优化设计和研制提供依据和参考。

一种微位移放大机构的设计与仿真

根据差式杠杆位移放大原理设计了一种新型微位移放大机构。计算和推导了该位移放大机构的位移放大倍数和静态刚度,分析了柔性铰链结构参数对微位移放大机构刚度的影响,并对理论计算结果和ANSYS仿真结果进行了对比。结果表明,理论计算值和有限元仿真结果之间存在一定的差异。

位移放大型油阻尼器减震结构减震效应分析

针对高层结构在地震作用下层间位移较小,阻尼器性能无法充分发挥的特点,提出一种用于油阻尼器的位移放大装置,可使油阻尼器两端的相对位移放大,提高其产生的阻尼力和耗能能力。以某实际工程结构为背景,基于SAP2000建立其多质点有限元模型,分析两种减震方案在3条地震波作用下的最大层间位移角、基底剪力、加速度放大系数、滞回曲线、能量耗散曲线,以检验位移放大型油阻尼器对结构地震响应的减震效应。结果表明,位移放大型油阻尼器能以更少的布置数量满足减震设计要求,同时获得较普通油阻尼器更为理想的减震效果。

压电舵机微位移放大机构设计

针对一种新型压电舵机的微位移放大机构,提出一种基于刚度分析的设计方法。阐述了压电舵机的组成及工作原理,并推导出压电舵机数学模型,分析微位移放大机构结构参数对压电舵机系统性能的影响,进而确定了柔性铰链的设计原则。对5种单轴柔性铰链的刚度特性进行分析,得到了柔性铰链刚度比的变化曲线,并采用有限元分析的方法对微位移放大机构进行了参数优化设计。仿真分析结果表明,该种方法对于压电舵机微位移放大机构的设计十分有效。

两级对称式柔性铰链位移放大机构的设计与分析

介绍一种新型柔性铰链位移放大机构;对该机构进行了应力分析和位移损失分析,建立了位移放大数学模型,并用有限元分析软件进行了试验验证;计算出位移放大机构所允许的最大输入位移,指出对称式位移放大机构存在着较大的内部约束反力,指出其位移损失与外部负载呈线性关系。

柔性铰链微位移放大机构工作性能仿真

为了获得足够的机器人工作空间 ,微动并联机器人平台之间的支链均采用了基于柔性铰链的微位移放大机构。本文对微位移放大机构设计方案进行仿真分析。确保压电执行器既不会被弹性力封锁 ,柔性铰链处的应力也不超过许用应力。根据仿真结果设计的微位移放大机构保证了微动并联机器人的工作性能。

具有柔性铰链的差式微位移放大机构的受力分析

１弓ｌ言压电陶瓷驱动器具有体积小、精度高、功耗低和易于控制等优点，在微位移驱动领域中得到广泛的应用“‘。但由于其驱动位移通常只有零点几微米至十几微米，限制了它的应用。为放大其驱动位移，人们开发研制了多种微位移放大机构，其中具有柔性铰链的差式微位移放大...

基于GMM直动阀位移放大机构的结构研究

超磁致伸缩材料具有响应速度快、磁致伸缩应变大、输出力大等诸多优点,已广泛应用于流体传动与控制领域。针对GMA输出力大输出位移小的特点,在分析现有常见放大机构优缺点的基础上,结合GMM直动式伺服阀实际结构,设计出一种"F"型杠杆放大直动式电液伺服阀,介绍了其结构组成及其工作原理,导出了位移放大数学模型,结果表明该新型机构具有结构紧凑、放大倍数高、GMA输出位移与阀芯输入位移呈非线性等特点。