基于GA-BPNN代理模型的混合式黏滞阻尼器构造优化

采取CFD(computational fluid dynamics)数值模拟和基于代理模型的优化方法,研究混合式黏滞阻尼器在多参数设计空间内的构造参数优化问题。首先,分析黏滞阻尼器参数对力学性能的影响规律,基于正交试验理论选取间隙宽度、缸体内径、活塞厚度、阻尼孔直径为关键参数,利用优化拉丁超立方设计和CFD数值模拟获得初始样本点耗能性能指标;然后,使用遗传算法(genetic algorithm,GA)和反向传播神经网络(backpropagation neural network,BPNN)的方法构建代理模型,其能够准确反映构造参数耗能性能指标和构造参数之间的繁复关系。进一步地,循环更新GA-BPNN代理模型并结合非支配排序遗传算法(non-dominated sorting genetic algorithm-II,NSGA-II),以最佳耗能能力为目标,实现在全设计空间内的寻优,确定在典型阻尼介质黏度下双出杆混合式黏滞阻尼器的最优构造参数。最后,探讨了构造参数对黏滞阻尼器流动性能的影响机理。研究结果表明,优化双出杆混合式黏滞阻尼器构造参数在选用基于GA-BPNN代理模型的优化方法时,可有效提高计算效率且具有较高预测精度。从性能指标提升角度,全黏度下最优构造参数阻尼孔直径、活塞厚度、缸体内径和间隙宽度分别为1.31 mm、120.78 mm、199.87 mm、0.5 mm,相较于基准构造,最大阻尼力和能量耗材比分别提升33.8%和64.8%。该方法可为黏滞阻尼器构造参数优化及相关研究提供参考。

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。

超弹性SMA复合阻尼器的计算模型及参数分析

介绍了超弹性SMA复合阻尼器的构造及工作原理,并根据它的受力特性,建立了该阻尼器的力学计算模型,针对模型中的关键参数:阻尼器内滑条槽深与接触面摩擦系数、SMA丝的预应变及缠绕量、环境温度及位移幅值等对阻尼器力学性能的影响规律进行了分析。分析结果表明:阻尼器的初始刚度、输出力和滞回面积随内滑条槽深、SMA丝缠绕量、接触面的摩擦系数的增加而增加;在不同的位移幅值下,阻尼器的荷载-位移曲线形状分别呈三角形、四边形和五边形等多边形形式,表现为变刚度的特性;阻尼器的屈服位移和输出力随环境温度的升高而线性增加;当对SMA丝施加一定的初始预应变,SMA复合阻尼器表现为摩擦型阻尼器。最后,将模型结果与实验结果进行了对比,两者基本吻合。

混合非线性黏弹性阻尼器非线性特征与力学模型研究

随着黏弹性材料的不断发展,出现了具有更大耗能能力和变形能力的新型黏弹性阻尼器,但同时不可避免的丧失了其线性特征。该文基于一种混合非线性黏弹性阻尼器,揭示了其多种非线性特征的来源及规律,并基于此提出和验证了能够全面考虑其非线性特征的力学模型。结果表明,该种混合非线性黏弹性阻尼器的非线性来源主要包括五方面:相位差非线性引起滞回曲线形状的改变、初次加载大应变速率引起的初始刚度、升温效应和疲劳性能引起的软化、马林斯效应导致的大应变幅值下的软化和捏拢效应导致的大应变幅值下的硬化。提出的力学模型数学表达简洁,能够呈现其多种非线性因素和规律,无需在不同工况下分别进行参数识别,与试验结果吻合良好,能够精确模拟其滞回行为。

新型可调刚度黏弹性阻尼器的设计制作、性能试验和力学模型

磁流变弹性体(magnetorheological elastomer,简称MRE)是一种新型智能材料,它集磁流变材料和弹性体的优点于一身,同时又克服了磁流变液的颗粒沉降、稳定性不好等缺点,创新性地将磁流变弹性体智能材料代替常规黏弹性材料,提出了新型可调刚度黏弹性阻尼器的磁路设计方法和磁场分析方法。按照理论分析所确定的方案,设计制作了最大出力达到15 kN的可调刚度黏弹性阻尼器,并在液压伺服加载系统上完成了阻尼器的性能试验,试验表明新型阻尼器随电流的改变有一个连续可调的剪切刚度。最后,建立了适用于新型可调刚度黏弹性阻尼器的力学模型,并将模型仿真结果与试验数据进行比较,证明了力学模型的正确性。

微振激励下黏弹性阻尼器微观链结构力学模型

减小微振动对高精密仪器至关重要,利用黏弹性阻尼器进行微振动抑制是一个新兴而又具有挑战性的课题.本文采用分子链网络模型方法分析了黏弹性材料的微观分子链结构,综合考虑材料分子链结构中的网络链和自由链对黏弹性材料力学性能的影响,提出一种基于材料微观分子链结构的微振激励下黏弹性阻尼器力学模型.模型分别采用标准线性固体模型和Maxwell模型来描述网络链和自由链中单个链的力学性能,并分别采用8链网络模型和3链网络模型考虑两种类型分子链的综合效应,引入温频等效原理描述温度对微振激励下黏弹性阻尼器力学性能的影响.该模型能够描述温度和频率对黏弹性阻尼器动态力学性能的影响,并能够反映黏弹性材料的微观结构与材料力学性能的关系.为验证所提模型的有效性及考察黏弹性阻尼器在微振激励下的耗能能力和动态力学性能,在微振条件下对黏弹性阻尼器进行了动态力学性能试验.研究结果表明黏弹性阻尼器具有较好的微振耗能能力,其动态力学性能受温度和频率影响较大,所提的力学模型能够精确地描述微振激励下黏弹性阻尼器动态力学性能随温度和频率的变化关系.

设置黏滞阻尼器的斜拉索参数振动模型及控制分析

为了掌握黏滞阻尼器对斜拉索参数振动的抑振效果,考虑拉索几何非线性、倾角以及桥塔和加劲梁的协同振动影响,建立了黏滞阻尼器-拉索-塔梁耦合体系的参数振动模型,推导了黏滞阻尼器作用下斜拉索的运动方程组,提出了控制拉索参数振动的阻尼器阻尼系数计算公式,并与传统单索模型对比,分析了塔梁协同作用对拉索固有频率的影响水平;编制计算程序比较了斜拉索安装阻尼器前后的振动位移时程特征,研究了三种典型索梁频率比下阻尼器的阻尼系数、安装位置对拉索参数振动的影响。结果表明:塔梁协同作用对拉索固有频率的影响水平与索力、索长密切相关,索力越小,索长越长,塔梁协同作用的影响率也越大。安装了黏滞阻尼器后,斜拉索的振动位移呈非线性衰减趋势;随着阻尼系数的增大,拉索的最大振幅逐渐减小,但其振幅衰减率呈现先增加后降低的趋势,系统存在一个最优阻尼系数;阻尼器安装位置距离索梁锚固端越远,拉索振幅越小,存在一个衰减率为零的临界安装位置,当阻尼器安装位置超过临界位置时,振幅不能持续衰减,阻尼器的抑振效率降低。

设计参数对铅黏弹性连梁阻尼器力学性能分析

目的研究铅芯边距、铅芯直径、剪切钢板与约束钢板厚度比、复合黏弹性层中薄钢板与黏弹性层厚度比以及剪切模量对其力学性能的影响,给出各设计参数的建议值.方法采用ABAQUS软件建立铅黏弹性连梁阻尼器的有限元模型;然后对15组铅黏弹性连梁阻尼器进行参数分析,研究不同设计参数对铅黏弹性连梁阻尼器力学性能的影响规律;最后给出各设计参数的取值建议.结果铅黏弹性连梁阻尼器滞回曲线饱满,表现出良好的耗能能力.各设计参数对铅黏弹性连梁阻尼器力学性能具有不同程度的影响,铅芯直径显著影响屈服荷载、屈服位移、最大阻尼力和等效黏滞阻尼比,对屈服后刚度具有较大影响;铅芯边距和剪切钢板与约束钢板厚度比主要影响屈服位移,而铅芯直径、剪切模量主要影响屈服后刚度;薄钢板与黏弹性层厚度比和钢材类型对力学性能影响较小.结论铅芯宜对称布置在复合黏弹性层外侧,铅芯边距取1～1. 5倍的铅芯直径;铅黏弹性连梁阻尼器需求的屈服承载力可由铅芯直径大小确定;剪切钢板与约束钢板厚度比取1. 00～2. 00,且剪切钢板厚度宜取0. 8倍的复合黏弹性层厚度;薄钢板与黏弹性层厚度比取0. 4～0. 8,且优先取较小值;宜选用低硬度的黏弹性材料和强度高的钢材以保证阻尼器正常工作,发挥其稳定的耗能能力.

考虑附加刚度的黏滞阻尼器-斜拉索参数振动模型及控制分析

为了准确评估黏滞阻尼器对斜拉索参数振动的控制效果。考虑斜拉索几何非线性、倾角以及塔梁协同振动的影响,引入阻尼器的附加刚度,建立黏滞阻尼器-斜拉索-塔梁组合体系的参数振动耦合模型,推导黏滞阻尼器作用下斜拉索的运动方程组,给出考虑附加刚度影响的黏滞阻尼器阻尼系数计算公式;编制程序分析阻尼器附加刚度对斜拉索固有频率和振动时程的影响水平,并与传统单索模型对比;研究三种典型索梁频率比下阻尼器附加刚度和安装位置对拉索参数振动的影响规律。结果表明:黏滞阻尼器的附加刚度对斜拉索的固有频率影响较大,但其安装位置对固有频率的影响较小;附加刚度越大,安装位置越远离索梁锚固端,两者的影响水平越高;阻尼器附加刚度对拉索的振动时程影响较大,会加速斜拉索的位移衰减;随着附加刚度的增大,拉索最大振幅呈现减小趋势,但振幅衰减率呈现先增大后趋于稳定的趋势,黏滞阻尼器-索梁系统存在一个最优附加刚度k;随着安装位置比u的增大,斜拉索的振幅和振幅衰减率均呈现非线性递减趋势,系统存在一个阻尼器临界安装位置比u,建议阻尼器的安装位置比控制在0.045以下。

六参数实用黏弹性阻尼结构基于Davenport风谱风振响应的复模态法

针对六参数实用黏弹性阻尼耗能结构,基于Davenport风速谱系列响应问题进行了系统的研究.首先,利用六参数黏弹性阻尼器的微分型本构关系,建立了耗能结构基于Davenport风速谱激励下的运动方程;然后,运用复模态法将耗能结构的运动方程由二阶微分方程转化为一阶方程,获得了耗能结构系统对风振激励响应的频域解和功率谱密度函数表达式;最后,利用数学恒等式,基于随机振动理论获得了耗能结构系统在Davenport风速谱激励下的响应和阻尼器受力的解析解.该文方法不仅考虑了结构系统在风振激励作用下全振型展开的结果,表达式较现有结果更为简便,效率及精度更高,且适用于非经典阻尼结构.

黏弹性阻尼器减震结构考虑SSI的参数分析

采用通用有限元软件ANSYS,针对某软土地基上土-基础-黏弹性阻尼器减震框架结构进行了三维有限元分析.计算中土体的本构模型采用等效线性模型,土体的侧向边界采用黏弹性人工边界,研究了改变黏弹性阻尼器的阻尼系数、土体的软硬程度和基础形式等参数时,土-结构相互作用(简称SSI)对黏弹性阻尼器减震效果影响的变化规律.结果表明:随着黏弹性阻尼器阻尼系数的增大,土-结构相互作用对其减震效果的影响程度先增大后减小;黏弹性阻尼器的减震效果总体上随着土体的变硬而变好;设置黏弹性阻尼器的结构采用桩筏基础的减震效果优于采用箱型基础的.

线性二次型调节器算法对黏弹性阻尼器参数的优化设计

鉴于黏弹性阻尼器(VED)对结构减震控制的局限性,采用等效刚度和等效阻尼的力学模型,对VED的参数优化问题进行了研究。基于LQR的最优控制算法,提出一种以VED控制下结构的振动响应去逼近最优控制下结构振动响应的VED参数优化的新方法。通过对一个加入VED的3层混凝土框架结构进行动力响应数值分析,得出结论。方法相对简单,所提出的VED参数优化方法能够使结构动力响应得到有效的控制,控制效果与采用最优控制算法的计算结果较为接近,验证了该方法的有效性。利用上述方法优化VED参数,对结构进行振动控制,虽然无法达到全状态最优增益反馈控制力的主动控制效果,但经过优化后的动力反应逼近最优控制算法的结果。该方法为VED在结构减震控制方面取得更好的减震效果提供了理论参考。

基于Kanai-Tajimi谱六参数黏弹性耗能结构地震响应的简明封闭解

频域法在计算线性系统随机响应时应用较广泛,但其显著缺点为:计算多自由度动力系统随机响应功率谱无显示封闭解;获得结构响应的方差和谱矩需要数值积分,分析精度和效率受积分步长和积分区间影响较大。基于以上问题,研究了六参数黏弹性耗能多自由度结构基于Kanai-Tajimi谱地震作用下平稳响应的解析解法。运用该方法对一榀5层建筑结构进行分析,获得了线性多自由度耗能结构地震动系列响应方差及0~2阶谱矩的简明封闭解,并将其与虚拟激励法进行对比分析。研究表明,简明封闭解法是一种非常有效的计算线性多自由度系统随机稳态响应的简明解法。

扇形铅黏弹性阻尼器的等效力学模型

为使扇形铅黏弹性阻尼器便于在有限元软件分析及工程应用中选用,根据该阻尼器的构造、材料特性构建扇形铅黏弹性阻尼器在有限元软件中的等效力学模型,并通过该模型在大型有限元分析软件SAP2000的模拟分析与试验、精细化模型进行验证。结果表明:扇形铅黏弹性阻尼器的等效力学模型的建立是可行的,能很好地对阻尼器在有限元软件中进行模拟分析。

一种橡胶黏弹性阻尼器性能试验及理论模型研究

黏弹性阻尼器是一种简单高效的被动耗能装置,它是由约束钢板夹黏弹性材料组合而成,通过黏弹性材料的剪切滞回耗能来提高结构阻尼、减小结构地震或风振响应。为研究黏弹性阻尼器的耗能和滞回特征,设计加工了2个橡胶黏弹性阻尼器,对其进行变形相关性和频率相关性循环加载试验。分析了其在不同工况下的每循环耗能、最大阻尼力、存储剪切模量、等效黏滞阻尼比等力学性能指标及其变化规律。结果表明,橡胶黏弹性阻尼器滞回曲线饱满、稳定,耗能显著;随着变形的增加,滞回环面积增大;各项力学性能指标与变形幅值的相关性明显,与加载频率的相关性较小。根据滞回曲线高度非线性的特征,提出了一种考虑多种非线性因素的理论力学模型来模拟该类黏弹性阻尼器的滞回性能,模拟结果与试验曲线吻合良好,各力学性能指标误差均小于9.72%,验证了该理论模型的正确性以及应用于非线性时程分析的合理性。

黏弹性材料Biot模型参数确定及其在黏弹阻尼结构中的应用

黏弹性材料广泛用于工程结构减振降噪,其本构模型的研究对黏弹阻尼结构的动力学分析具有重要的意义。Biot模型能够真实反映黏弹性材料参数随着频率变化的动力学特性;提出了一种确定其参数并将其结合到黏弹阻尼结构有限元动力学方程的方法;通过对频域内试验测得的黏弹性材料储能模量和损耗因子数据进行多参数非线性曲线拟合,并将其转化为在复频域内带约束条件的非线性优化问题,可以使非线性多参数确定问题大大简化;借助辅助耗散坐标将黏弹性材料Biot模型引入到黏弹阻尼结构有限元动力学方程中并转化成常规的二阶线性微分方程,实现了求解的简化。通过试验研究对该方法进行了验证,结果表明提出的Biot模型参数确定和有限元相结合的方法是正确、简单和有效的。

速度型黏弹性阻尼器的制备、性能试验与力学模型

制备了NR/NBR/树脂复合黏弹性阻尼材料,对其进行物理机械性能、动态机械性能、动态剪切性能测试研究其阻尼性能,并制备黏弹性阻尼器进行不同应变、频率相关性测试研究该阻尼器的力学性能,最后提供相应力学模型模拟其滞回曲线,并对比模拟结果和试验结果。结果表明:该材料具有较强的耗能能力,所制备的黏弹性阻尼器滞回曲线饱满、耗能能力强且具有明显的频率相关性,所提供力学模型拟合结果与试验结果吻合良好。

在振动台模型试验中黏滞阻尼器的设计方法

通过有限元分析,计算出原型结构中黏滞阻尼器的合理参数,然后利用阻尼力相似原则,对原型结构中黏滞阻尼器参数进行相似比运算,转化为模型结构中的黏滞阻尼器参数。运用该方法,在连续梁桥纵向消能减震振动台试验中设计模型黏滞阻尼器,从试验结果来看,黏滞阻尼器发挥了良好的消能减震效果。

黏弹性阻尼器的试验研究与减震工程实例

黏弹性阻尼器是一种常用的减震装置,其耗能特性主要受温度和频率的影响。将能够体现温度和频率影响效应的计算模型——等效标准固体模型的计算结果与黏弹性阻尼器的试验结果比较,发现等效标准固体模型能够精确地描述黏弹性阻尼器在不同温度和频率下的耗能性能。然后将56个黏弹性阻尼器应用到西安石油宾馆的抗震加固工程中,在多遇和罕遇地震作用下对加与未加黏弹性阻尼器的结构进行有限元分析,分析结果表明:黏弹性阻尼器是一种性能良好的消能减震装置,能有效减小结构地震反应。

新型金属-黏弹复合阻尼器力学模型与抗震性能研究

为克服传统黏弹性阻尼器与金属阻尼器的不足,提出了新型金属-黏弹复合阻尼器(metallic-viscoelastic hybrid damper,MVHD),并对MVHD力学模型的滞回性能及应用进行研究,提出了MVHD的滞回曲线、刚度方程和数值计算方法。针对所提出的新型MVHD的构造特点,分析了耗能金属梁的长度、长高比、高厚比、加载频率和耗能占比等因素对新型MVHD性能的影响规律,为MVHD的优化设计提供依据。并通过将MVHD的理论公式计算结果与数值模拟结果进行对比,相互验证了其计算方法的准确性。采用简化的非线性力学模型,对一栋采用MVHD的5层钢筋混凝土结构的抗震性能进行了分析研究。结果表明,MVHD能有效地耗散地震能量,使框架结构的动力响应显著减小。对新型MVHD设计方法所作的系统研究可为类似工程提供参考。