飞轮壳体黏弹性阻尼环的仿真分析与试验研究

随着航天器平台性能指标要求的提高,飞轮微振动对航天器平台的影响越加突出,需要对其进行振动抑制。根据飞轮上壳体的模态特性,提出一种圆环形黏弹性阻尼环结构的设计方法,并针对黏弹性阻尼环的敷设位置、厚度、宽度对其减振效果影响规律进行数值仿真与试验验证,验证圆环形黏弹性阻尼环的有效性。结果表明:圆环形黏弹性阻尼环结构对宽频振动具有良好的减振效果,黏弹性阻尼环的敷设位置对飞轮系统的各阶固有频率变化和减振效果起决定性作用,在飞轮外径的60%处敷设圆环形黏弹性阻尼环减振效果较好,宽度设计为飞轮外径的6%以内、厚度设计为壳体厚度的4倍以内时,随着宽度、厚度的增加,减振效果提高。

铅黏弹性阻尼器增强钢管约束钢筋混凝土柱节点抗震性能研究

针对钢管约束钢筋混凝土(steel tubed reinforced concrete,STRC)柱节点抗震性能薄弱的现状,提出采用改良的铅黏弹性阻尼器进行增强。基于ABAQUS工作平台对铅黏弹性阻尼器试件建立有限元模型,将数值计算所得滞回和骨架曲线、耗能性能及疲劳性能与试验结果进行对比,两者吻合较好。在此基础上探讨了铅芯直径、铅芯布置形式及复合黏弹性体厚度比值对铅黏弹性阻尼器力学性能的影响。结果表明:相较于扇形铅黏弹性阻尼器,改良后的四边形铅黏弹性阻尼器表现出更好的力学性能;随着铅芯直径的增大,阻尼器的耗能能力指标均得到大幅提高;建议铅芯个数取2个,铅芯面积与复合黏弹性层面积比值取6%~8%,复合黏弹性体厚度比值约为0.67。建立不同布置方案的铅黏弹性阻尼器增强STRC柱节点试件模型,对其破坏形态、滞回特性和箍筋应力进行对比分析,给出合理的布置方案,为实际工程提供参考。

我国黏弹性阻尼器抗震疲劳性能检验标准研究

我国黏弹性阻尼器在生产和应用过程中均需要进行抗震疲劳性能检验。我国现行的消能阻尼器标准中均对黏弹性阻尼器的抗震疲劳性能检验方法进行了规定。对现行标准中相关的试验加载制度和性能评价方法进行了汇总和比较,并基于此,对四种黏弹性阻尼器进行了抗震疲劳性能试验和性能参数分析。结果表明,基于不同标准得到的阻尼器力学性能参数的变化率不同,是否满足15%限值的结论也不相同。

支撑刚度对黏弹性阻尼耗能结构的随机风振响应特性研究

针对随机风振激励下实用黏弹性阻尼耗能系统的响应分析复杂且支撑刚度影响研究不足的问题,提出了考虑安装支撑的黏弹性阻尼耗能结构的随机风振响应谱矩及方差的计算方法,并分析了支撑刚度对结构的动力响应特性。首先,依据黏弹性阻尼器与安装支撑的串联关系,建立六参数实用黏弹性阻尼器等效微分型本构方程。其次,综合运用复模态法、虚拟激励法和功率谱二次分解法,推导出耗能结构响应量(位移、层间位移、阻尼力、支撑位移)0~2阶谱矩的解析解。最后,通过算例验证了所提方法的精确性,并研究了支撑刚度对黏弹性阻尼器减震性能与结构可靠度的影响。研究表明,阻尼器支撑刚度越大,阻尼器减震性能越能得到发挥,工程应用时有必要考虑支撑刚度的不利影响。

新型雀替式黏弹性阻尼器增强传统木结构节点试验研究

为提高中国传统木结构房屋的抗震性能,本工作采用新型雀替式黏弹性阻尼器对榫卯节点进行加固,制作了两个足尺台阶透榫节点模型,采用新型雀替式黏弹性阻尼器对其中一个节点进行加固。通过低周反复荷载试验,分析台阶透榫节点加固前后的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化和耗能能力等抗震性能指标。结果表明:使用新型雀替式黏弹性阻尼器加固台阶透榫节点是可行的,加固后节点滞回曲线的滑移和捏缩现象大幅减轻,滞回环面积增大,耗能能力提升204.5%;加固后试件的骨架曲线斜率和极限承载力均得到大幅提升,正向承载力最大提升173.8%,负向承载力最大提升162.2%;新型雀替式黏弹性阻尼器可以极大提高台阶透榫节点的刚度储备,加固后节点的初始刚度提升216.1%;新型雀替式黏弹性阻尼器加固台阶透榫节点有利于防止节点拔榫破坏,加固后节点的残余拔榫量正负向分别减少33.35 mm和22.2 mm。这些结果可为传统木结构的加固工程提供参考。

扇型雀替式黏弹性阻尼器增强传统木结构半榫节点试验研究

为探究云南典型穿斗式木结构榫卯节点的加固方法,本工作使用云南本地松木制作了两个半榫节点,采用扇形雀替式黏弹性阻尼器加固半榫节点,通过低周往复荷载试验对比研究加固前后节点的力学性能。结果表明,加固后半榫节点在30 mm的加载幅值内滞回曲线的滑移和捏缩现象减轻,滞回环面积增大。加固半榫节点(RHT)的最大弯矩为4.9 kN·m,约为未加固半榫节点(HT)的3.92倍;承载力大幅提升,正向承载力最大提升233.6%,负向承载力最大提升375.7%;刚度储备增大,RHT的平均刚度为96.28 kN·m/rad,较未加固节点刚度提升137.8%;耗能能力增强,加固后半榫节点的耗能能力提高50.52%。

新型雀替式黏弹性阻尼器试验与力学性能分析

该文提出一种新型雀替式黏弹性阻尼器,为研究其构造形式的合理性和可行性,对5个新型雀替式黏弹性阻尼器进行了变形相关性、频率相关性以及疲劳性能循环加载试验,分析新型雀替式黏弹性阻尼器的耗能系数、等效黏滞阻尼比和骨架曲线等几项性能参数。研究结果表明:5个新型雀替式黏弹性阻尼器滞回曲线饱满,滞回性能较好,耗能能力较强,橡胶硬度为65°的试件累计耗能为2.343 kN·m;变形幅值对阻尼器的影响明显,随着变形量的增加,阻尼器的最大阻尼力和周期耗能逐渐增大,能量耗散系数和等效刚度逐渐减小;不同橡胶材料的新型雀替式黏弹性阻尼器试件的滞回曲线、等效黏滞阻尼比和骨架曲线形状基本一致;不同加载频率下,耗能系数和等效黏滞阻尼比分别在0.03962~0.04016和0.1260~0.1320之间,2个性能指标变化均较小,频率相关性较弱;疲劳加载后新型黏弹性阻尼器耗能系数衰减24.8%,等效黏滞阻尼比衰减25.4%,具有良好的疲劳性能,无明显的滞回曲线面积衰减和低周疲劳现象。

黏弹性阻尼器加固穿斗式平面外木排架的抗震性能

为研究穿斗式木结构的抗震性能及其加固方法,选取杉木和松木两种木材,设计并制作四榀穿斗式木结构平面外框架,采用黏弹性阻尼器加固试件,对加固和未加固的木框架分别进行低周往复荷载试验,研究结构的抗震性能及阻尼器的加固效果.研究结果表明:加固后木排架滞回曲线的滑移和捏缩现象大幅减轻,滞回环面积增大,等效黏滞阻尼比增加,耗能能力增强,杉木和松木排架耗能能力分别提高83.31%和286.34%;加固后试件的骨架曲线斜率和极限承载力均得到大幅提升,斜率大致随加载幅值增大而增大,极限承载力杉木排架最大提升218.32%,松木排架最大提升458.89%;加固后木结构框架的刚度储备增高,初始刚度杉木试件提升46.9%,松木试件提升264.1%;杉木试件在安装阻尼器后节点的残余拔榫量减少15.06 mm,松木试件减少31.96 mm.

自复位剪切型复合黏弹性阻尼器有限元分析

利用Abaqus软件以阻尼器内部芯材及芯材直径为变量,建立了芯材分别为铅芯、LY100和SMA 3个阻尼器有限元模型和1个SMA直径为10 mm的有限元模型,提出一种自复位剪切型复合黏弹性阻尼器,对比分析不同芯材、芯材直径对阻尼器力学性能的影响。模拟结果表明:内部芯材为SMA的阻尼器耗能能力相较于铅芯和LY100都有了极大的提升,残余位移也得到了很好的控制,展现出较强的自复位能力;随着直径的增加,阻尼器的耗能能力和残余位移均有了显著增加,但是为了充分发挥SMA阻尼器自复位能力,SMA的直径不宜大于20 mm,且后期加工制作应对剪切板、限位板与连接板的连接处进行加固处理。

黏弹性阻尼器的耗能比研究

黏弹性阻尼器是一种典型的被动控制装置,它可以通过黏弹性材料的剪切滞回耗能起到减小结构地震或风振响应的作用。本文采用阻尼器耗能占地震总输入能量比值(耗能比)评估黏弹性阻尼器的减震效率,相比采用水平位移比的评价指标更能直观地反映阻尼器耗能能力。本文采用Kelvin模型推导出结构弹性和弹塑性2种状态下附加黏弹性阻尼器耗能比计算公式,算例计算结果表明:推导的计算公式有很好的精度和准确性,可供工程设计使用。

新型黏弹性阻尼器增强穿斗木结构实验研究

为研究自主研发的新型黏弹性阻尼器加固村镇传统木结构的抗震性能,本文基于云南“一颗印”穿斗式木构架做法,制作了两榀足尺穿斗式木构架作为模型,其中一榀为穿斗木结构纵向木构架,另一榀为穿斗木结构横向木构架,依次对两榀木构架进行低周往复试验。研究模型结构的滞回性能、骨架曲线、刚度退化、耗能性能和拔榫量的对比分析。结果表明:未加固木构架的滞回曲线呈明显反“Z”形,加固木构架的滞回曲线更饱满;新型黏弹性阻尼器成功地弥补了原始缺陷,提升了木构架的初始刚度;对比未加固木构架,加固后的纵向木构架的最大拔榫量降低了68.5%,横向木构架的最大拔榫量降低了81.25%。说明新型黏弹性阻尼器能够抑制节点拔榫破坏,提升木构架的抗侧刚度和耗能能力。

黏弹性阻尼器在既有结构中优化布置方法

为研究黏弹性阻尼器在既有结构的优化布置方法,以某地已建9层钢筋混凝土框架办公楼为依托,运用有限元软件SAP2000,对构建的模型进行弹塑性时程分析,对比不同的黏弹性阻尼器布置方案对既有结构层间位移角、层间剪力和顶点位移影响。结果表明黏弹性阻尼器可以很好得控制结构地震反应;相较于黏弹性阻尼器的均匀布置法,权系数法对结构加固优化效果更好。研究可为黏弹性阻尼器在既有结构抗震加固中提供更优的布置方法。

以附加阻尼比为目标的黏弹性阻尼器设计方法研究

以黏弹性阻尼器附加的阻尼比为控制目标,依据抗规中计算阻尼比的方法,建立单质点系的附加阻尼比控制函数。将多质点系等效成单质点系,依据剪力系数得到减震结构的层剪力,由此部分楼层需要增加楼层侧移刚度,增加的刚度即黏弹性阻尼器需求储存刚度,从而得到黏弹性阻尼器阻尼系数。工程案例结果表明:以附加阻尼比为控制目标来进行黏弹性阻尼减震结构设计的方法可行。

带有黏弹性阻尼器穿斗木结构振动台试验研究

按照云南"一颗印"构造要求制作了一个两层传统穿斗式木结构房屋模型进行模拟振动台试验。对结构模型的破坏模式、动力响应、应变响应,扭转效应、剪力分布、弯矩变化及耗能能力进行了分析研究。结果表明:结构模型满足中国建筑抗震设计规范"小震不坏、中震可修、大震不倒"的要求;结构模型具有明显扭转效应;层间剪力分布取决于质量分布;弯矩随地震激励增大不断增大,结构模型未发生塑形破坏;层间累积耗能能力一层耗能能力最大,二层次之,屋脊最小。

传统穿斗木结构榫卯节点附加黏弹性阻尼器振动台试验

通过对一个两层、足尺、长宽高为3．8m×3．6m×3．9m的穿斗式木结构房屋模型的榫卯节点附加黏弹性阻尼器进行振动台试验，研究了结构的抗震性能，并对0．07g、0．4g两种峰值加速度下进行了榫卯节点附加阻尼器和未附加阻尼器的进行了振动台对比试验。试验结果表明：榫卯节点附加了黏弹性阻尼器后节点刚度增大，减小了半刚性榫卯节点的转动能力，并使结构在地震激励作用下的变形恢复能力得到了大幅提高，经过多次重复地震，即使经历0．95g的地震激励后，结构模型也未发生明显倾斜破坏；结构一层柱顶榫卯节点最先发挥减震耗能作用，动力放大系数随着地震激励增加呈减小趋势，由于结构两个方向刚度及质量分布的不均匀，X、Y，方向动力放大系数有差异，X方向动力放大系数在1．2519-0．7775之间，Y向1．8779-1．1152之间。榫卯节点附加黏性阻尼器达到了小震下减小层间位移角，大震下增强榫卯节点变形恢复能力的目的。

黏弹性阻尼材料用于列车车内减振降噪的试验研究

随着车辆轻量化和乘坐舒适性要求的提高,车内噪声振动控制成为关注的问题。采用研制开发的三种阻尼材料,改性沥青、水性涂料和丁基橡胶阻尼材料,分别对车厢进行约束层和自由层阻尼处理。车厢振动噪声现场试验结果表明,改性沥青和水性涂料比丁基橡胶减振降噪效果好。阻尼材料在整个频率上降低车厢上下地板的振动;安装有阻尼材料的车厢乘坐舒适性得到提高。随着车速的增加,改性沥青和水性涂料的减振降噪效果更明显。车内声学舒适性评价表明,响度比A声级更准确说明丁基橡胶对车内噪声的影响。

高阻尼黏弹性阻尼器性能与力学模型研究

对2个高阻尼黏弹性阻尼器进行不同应变幅值、加载频率下的力学性能试验和疲劳性能试验,研究试件在不同工况下的最大剪应力、存储剪切模量、损耗剪切模量和等效黏滞阻尼比等力学性能及其变化规律,提出五单元模型模拟黏弹性阻尼器的滞回性能。研究结果表明:黏弹性阻尼器滞回曲线饱满、稳定,具有较高的等效黏滞阻尼比,表现出良好的变形性能和耗能能力;黏弹性阻尼器力学性能与应变幅值的相关性明显,与加载频率相关性较小,抗疲劳性能较好;五单元模型模拟的滞回曲线与试验滞回曲线吻合良好。

复合结构黏弹性阻尼减振砂轮接杆的研究

为满足高速磨削内孔的需要,研制一种由金属、工程陶瓷和黏弹性阻尼材料组成的新型复合结构减振砂轮接杆。对磨杆的设计原理和黏弹性阻尼结构进行论证,在保证砂轮接杆具有较高静刚度的前提下减小平均密度和增大阻尼比。对该砂轮接杆的刚度、固有频率和谐响应等静、动态性能进行有限元分析和试验验证,并与普通钢质整体式砂轮接杆和金属-陶瓷复合结构砂轮接杆进行性能对比;研究阻尼芯直径与砂轮接杆动态性能的关系。结果表明:黏弹性阻尼砂轮接杆的静刚度高于普通钢质砂轮接杆约10%,略低于金属陶瓷复合结构砂轮接杆约0.6%;其动态性能优于前两者,即具有更高的固有频率和动刚度。固有频率较普通钢质砂轮接杆提高约49%,较金属-陶瓷砂轮接杆提高约12%。动态响应幅值较普通钢质砂轮接杆减小约43%,较金属-陶瓷砂轮接杆减小约20%。此新型砂轮接杆适于高速磨削加工。

黏弹性阻尼器滞回曲线及特征参数的相似准则

对不同尺寸、不同温度的黏弹性阻尼器滞回曲线的力和位移相似关系进行研究和推导,并得出黏弹性阻尼器储能刚度、耗能、等效阻尼等特征参数的相似关系。然后利用3种不同尺寸的黏弹性阻尼器,对试样VE40×40在不同温度下、试样VE100×100和VE400×400在不同应变下进行性能测试,验证上述相似准则的正确性。研究结果表明:基于此相似准则,只要通过试验获取黏弹性阻尼器中一种尺寸阻尼器的滞回曲线及其温度相关性,就可以容易地获得同种材料、其他各种尺寸阻尼器在不同温度下的滞回曲线及特征参数。提出的黏弹性阻尼器相似准则可以使此类阻尼器方便地应用于各类研究及工程设计中。

悬浮隧道锚索黏弹性阻尼器的最优阻尼系数

以锚索和黏弹性阻尼器组成的系统为研究对象,建立锚索-黏弹性阻尼器的振动方程;通过伽辽金法得到系统的振动常微分方程,然后进行复特征值分析,得到锚索可能达到的最优阻尼比以及相应的最优阻尼器系数,分析锚索的倾角和垂度对锚索最优阻尼比的影响。研究结果表明:锚索各阶模态达到最优阻尼比时对应的最优阻尼器系数不同;模态阶数越高,对应的最优阻尼器系数越小;锚索垂度的存在,使得锚索的面内一阶模态最优阻尼比比其他模态小;锚索倾角、垂度的变化仅影响锚索的面内一阶模态最优阻尼比,对其他模态最优阻尼比无影响。