摩擦阻尼器组合支座的隔震优化对比

为解决一种摩擦阻尼器组合隔震支座的有效性及计算方法的问题,研究了用于结构设计有限元建模的组合元件计算模型,包括水平向、竖向刚度和滞回模型。使用有限元软件SAP2000,对比研究了布置有该组合支座的优化隔震方案和传统橡胶支座的隔震优化方案在高宽比不同的高层框架剪力墙筒体结构的抗震性能。结果表明:与传统隔震支座方案相比,组合隔震支座隔震方案可适当延长结构自振周期,减小隔震层侧移,有效降低支座拉应力,提高支座的抗倾覆能力和支座耗能,还可有效降低上部结构的层间剪力及侧移等地震响应,证明组合隔震支座方案较传统隔震支座方案综合性收效明显。

直升机超临界尾传动轴干摩擦阻尼器碰摩响应边界特性分析

为最大化提高直升机功重比,越来越多的直升机设计中应用了超临界尾传动系统,这一系统会导致跨临界振动的产生。安装干摩擦阻尼器是一种常见的抑制直升机尾传动轴跨临界剧烈振动的方法。以某装有干摩擦阻尼器的尾传动轴为研究对象,建立控制方程,并分析系统在传动轴偏心激励下各类碰摩响应的边界特性。建立传动轴/阻尼器系统的非线性控制方程;依据扫频获得系统典型碰摩响应特征,使用解析法针对无碰摩响应求解碰摩发生边界,并对同频全周碰摩响应求解其稳定性条件的边界;通过Runge-Kutta法验证了所推导的响应边界,并探讨了响应边界与系统参数的影响关系。

方形转动摩擦阻尼器滞回性能研究

提出了方形转动摩擦阻尼器的理论滞回模型,推导了滞回曲线理论计算公式并对公式的适用条件加以限制,通过低周往复试验和数值模拟,对该阻尼器的理论模型及计算公式进行了系统性的验证。结果表明:方形转动摩擦阻尼器的理论滞回曲线与试验结果、数值模拟结果在加载位移区间为(-30mm,30mm)内吻合性较好;滞回曲线近似呈喇叭形,曲线饱满,表明该阻尼器具有较强的耗能能力;当方形转动摩擦阻尼器耗能端预紧力较小或摩擦片材料摩擦系数较小时应考虑加载端的摩擦力影响,并对理论计算公式进行进一步修正,为类似工程提供借鉴。

弹簧-坡面变摩擦阻尼器参数研究

本文是针对变摩擦阻尼器无系统研究方法及具体规范的支撑。通过理论推导得出单自由度体系在谐振激励下结构位移、耗能比计算公式并确定摩擦系数、坡面长度、坡度和碟簧刚度等为影响弹簧-坡面变摩擦阻尼器力学性能的重要参数,采用自编程序对弹簧-坡面变摩擦阻尼器进行参数分析,研究结果发现:(1)弹簧-坡面变摩擦阻尼器摩擦系数宜取0.5以上;(2)宜适当增加坡面长度且平面段长度宜小于结构屈服位移;(3)当弹簧-坡面变摩擦阻尼器耗能不足时,宜优先考虑增大坡度;(4)当增大坡度仍无法满足弹簧-坡面变摩擦阻尼器耗能需求时,可考虑增大碟簧刚度。研究结果为实际工程应用中弹簧-坡面变摩擦阻尼器参数确定提供参考。

新型双重自复位摩擦阻尼器试验及数值模拟

为提升阻尼器的复位性能,提出了由复位弹簧与形状记忆合金(shape memory alloy,SMA)组成的双重复位驱动体系,设计了新型双重自复位摩擦阻尼器,概述了其构造及工作原理。通过往复加载试验,考察了预紧力、加载位移幅值及复位弹簧组件刚度对阻尼器复位性能及耗能性能的影响;确定了阻尼器简化力学模型并进行数值模拟分析。结果表明:增大预紧力虽能提高阻尼器耗能性能,但同时增大了残余变形率;在预紧力和加载位移幅值较大的情况下,双重复位体系对阻尼器卸载后残余变形率的降低更加显著,有利于提升有高耗能需求的阻尼器的复位性能;简化力学模型与OpenSees有限元模拟得到的阻尼器滞回曲线、力学性能参数与试验结果吻合程度较高,验证了力学模型的准确性。通过有限元模拟分析了各功能部件对阻尼器整体性能贡献,分析结果反映了摩擦耗能装置对阻尼器整体耗能性能的贡献较好,并且复位弹簧对阻尼器复位性能的贡献随着预紧力的增大而愈加明显。

位移放大型摩擦阻尼器减震结构的抗震性能研究

为了确保在输入位移较小时,阻尼器仍能发挥良好的耗能能力,设计了一种基于齿轮传动的位移放大型摩擦阻尼器。对该阻尼器进行拉压循环力学试验,研究位移幅值对其滞回性能的影响,指出位移放大型摩擦阻尼器的滞回曲线饱满,其输出力是普通摩擦阻尼器的η倍(η是大齿轮与小齿轮直径之比),故耗能能力更强。以一六层规则钢框架结构为算例,计算无控结构、普通摩擦阻尼器减震结构和位移放大型摩擦阻尼器减震结构的地震响应,结果表明:与普通摩擦阻尼器相比,位移放大型摩擦阻尼器可更好地控制结构的层间位移角和顶点位移,但二者对结构基底剪力的控制效果接近。

新型金属-摩擦阻尼器试验研究及数值分析

传统的屈曲约束支撑通常被设计为在大震作用中消耗能量,小震作用下为该结构提供了抗侧刚度。为了克服这一缺点,结合屈曲约束支撑和长圆孔摩擦阻尼器的工作原理,提出了一种基于屈曲约束支撑和长圆孔摩擦阻尼器串联的新型阻尼器,对该阻尼器进行了低周反复荷载试验,分析了其滞回性能、刚度退化等。试验结果表明:新型金属-摩擦阻尼器滞回曲线饱满,通过设置不同的螺栓预紧力可以使阻尼器达到分阶段能耗的目标。利用ABAQUS数值仿真软件对新型金属-摩擦阻尼器进行了数值分析准确性验证。并通过改变模拟试件屈服比例值,了解屈服比例变化对新型金属-摩擦阻尼器抗震性能的影响。结果表明:数值模拟滞回曲线与试验曲线基本一致;屈服比例的增加对阻尼器刚度退化、滑动承载力有明显影响。

主控式弹支干摩擦阻尼器一体化构型设计及减振实验研究

为实现主控式弹支干摩擦阻尼器控制发动机转子振动,设计了一种新型阻尼器结构并建立相关的动力学参数设计方法,利用发动机高压转子模拟实验器对设计阻尼器的减振特性进行了仿真分析和实验验证。结果表明,一体化构型设计的阻尼器能够有效控制转子振动,最大减振比可达到95.5%;不同临界转速下各个阻尼器控制效果不同,为实现控制目标,正压力的分配应与所控制临界转速振动位于阻尼器所在位置处的比例相关;静摩擦片质量和安装刚度应综合考虑多阶模态,以及控制对象的最高转速。

凸轮式响应放大摩擦阻尼器基于性态目标的能量设计方法

在前期对凸轮式响应放大摩擦阻尼器(cam type response amplification device with friction damper,CRAD-FD)研究的基础上,对安装该阻尼器的单自由度体系建立了能量方程,推导了简谐荷载作用下CRAD-FD单圈滞回的能量解析解;基于消能减震结构标准能量设计反应谱,提出了CRAD-FD基于性态目标的能量设计方法;以某10层RC框架结构为例,在设防、罕遇、极罕遇地震作用下验证了该方法的可靠性。研究表明:所推导的CRAD-FD的能量解析解正确,所提出的基于性态目标的能量设计方法可靠;消能减震结构通过CRAD串联小吨位摩擦阻尼器的减震与耗能效果可与直接安装大吨位阻尼器的效果相差无几或更优,体现了CRAD的响应放大效应。

旋转质量摩擦阻尼器限位摩擦摆隔震桥梁地震响应分析

针对现有隔震桥梁限位装置以及摩擦阻尼器存在的不足,利用机械领域常用的滚珠丝杠提出一种具有响应放大和负刚度效应的新型旋转质量摩擦阻尼器(Rotational Mass Friction Damper,RMFD)限位装置,介绍该装置的构造及作用机理,推导装置的恢复力计算公式,进行拟静力试验,设计装置在隔震桥梁中的布置方式,给出了在SAP2000中实现RMFD装置恢复力模型的方法,利用MATLAB和SAP2000对同一单自由度结构的响应进行对比,验证了方法的有效性。进而以某一6跨连续摩擦摆隔震桥梁为研究对象,利用SAP2000软件对比分析大震下非隔震桥梁、摩擦摆隔震桥梁以及RMFD限位摩擦摆隔震桥梁的地震响应、减震率、支座位移控制效果,以及等效摩擦力变化时墩柱响应峰值、减震率及墩柱损伤状态的变化情况。结果表明:RMFD作为桥梁隔震限位装置,仅需要较小的螺栓预紧力即可获得较大的RMFD阻尼器出力,位移行程大、耗能能力强,能够有效地将隔震层的位移控制在允许范围之内,避免支座位移超限引起的落梁、碰撞等震害的发生;同时,桥墩的墩底剪力、墩顶位移等地震反应稍有增大,减震率有所降低,但降幅均在10%以内,隔震桥梁仍具有良好的减震效果;随着等效摩擦力的增大,墩顶位移、墩底剪力、墩底弯矩最大值均不断增大,但支座的位移逐渐减小,说明螺栓预紧力越大,隔震层的位移控制效果越好,但其余地震响应的控制效果变差,桥墩损坏程度会加大,因此应合理设计预紧力的大小以取得理想的减震效果。

新型金属-摩擦阻尼器混凝土框架抗震性能分析

针对传统屈曲约束支撑在多遇地震下不能屈服耗能的问题,结合屈曲约束支撑和长圆孔摩擦阻尼器的工作原理,提出了一种串联式受力体系的新型金属-摩擦阻尼器及其耗能减震结构,以实现结构在多遇地震下屈服耗能目的。以新型金属-摩擦阻尼器框架为研究对象,借助SAP2000软件,进行多遇和罕遇地震作用下的性能分析,并将其与无控框架和传统屈曲约束支撑框架的抗震性能进行对比分析。结果表明,对比于传统屈曲约束支撑结构,新型金属-摩擦阻尼器框架结构在多遇地震下,呈现出更小的楼层位移、层间位移角、顶层加速度和顶层位移。

SMA-摩擦阻尼器对索穹顶结构减震性能分析及设计方法

针对大跨空间结构减震控制问题,采用了一种适用于大跨空间结构的SMA-摩擦阻尼器,该阻尼器将形状记忆合金(shape memory alloy,SMA)的超弹性特性与摩擦阻尼器的高耗能特性相结合.以天津理工大学体育馆的索穹顶结构为研究对象,通过计算附加模态阻尼比,得到了阻尼器的优先布置位置.基于多尺度有限元模型,研究了索穹顶结构的减震性能及SMA-摩擦阻尼器在地震中的力学性能.结果表明:在天津理工大学体育馆索穹顶结构中,阻尼器应优先替换内圈撑杆.随着地震动强度由0.07g增至0.40g,阻尼器滑动位移提升,减震性能增强,跨中节点竖向峰值加速度减震率平均值由11.97%增至30.35%,跨中节点竖向峰值位移减震率平均值由27.46%增至37.10%,杆件峰值应力减震率平均值由8.29%增至11.55%.该索穹顶结构一阶自振频率较低,与长周期地震动的傅里叶幅值集中区域接近,在长周期地震动下会有更大的动力响应,导致阻尼器滑动位移变大,耗能能力增强,结构竖向峰值加速度减震率和杆件峰值应力减震率平均值可达36.85%和15.13%,减震效果优于普通地震动.最后,对影响阻尼器滞回性能的力学参数高强螺栓预紧力和合金丝数量进行参数化分析,并结合阻尼器在结构中的受力,得到了阻尼器的力学参数设计方法,可供实际设计时参考.

无预紧力变摩擦阻尼器的研发与简谐激励下的动力特性分析

摩擦阻尼器属于位移相关型阻尼器,具有构造简单、耗能能力强和性能稳定等特点,多年来已被许多工程采用。文中基于滚珠丝杠的放大机理,提出了一种无预紧力变摩擦阻尼器(Non-preload variable friction damper,NVFD),介绍了该装置的构造及作用机理;根据恢复力公式给出了其恢复力模型,通过开展拟静力试验验证了NVFD作用机理和恢复力模型的正确性。最后推导了简谐荷载作用下NVFD单自由度减震体系的位移解析解和动力放大系数,并进行了相关参数分析。结果表明:只要NVFD参数取值合理,在外激励作用下处于滑动状态,位移解析解和数值解基本吻合,谐波平衡法推导的解析解具有较高的精度;频率比小于1.5时,NVFD单自由度结构的动力放大系数随着弹簧刚度和摩擦力放大倍数的增大而减小,基本不受圆环形钢板质量变化的影响。

方形转动摩擦阻尼器工作原理及滞回性能研究

针对方形转动摩擦阻尼器滞回性能的理论分析尚不明确的问题,依托转动摩擦阻尼器的优点和应用方法,设计了方形转动摩擦阻尼器的结构形式,并通过理论分析与数值模拟,提出并验证了滑移力F与位移Δ之间的计算表达式,建立了方形转动摩擦阻尼器耗能性能的简易计算方法。结果表明:方形转动摩擦阻尼器滞回曲线比较饱满,耗能能力较好,且理论分析结果与有限元分析结果吻合性良好;方形转动摩擦阻尼器在正向加载时的滑移力随位移的增加而增大,反之则减小;仍需要进一步考虑地震作用时的加载荷载速率、温度改变等因素影响。研究结果为未来类似转动摩擦阻尼器设计及滞回性能研究提供了实用的经验,尤其是在考虑地震作用下阻尼器的工作性能,为研究人员提供了参考依据。

新型自复位变摩擦阻尼器试验研究

目前阻尼器运用广泛,但传统摩擦阻尼器无法适应不同的振动强度,且在地震作用后损坏严重,没有自复位功能。文章利用形状记忆合金的超弹性,提出一种新型的自复位变摩擦阻尼器,介绍了阻尼器的构造、基本工作原理并推导了其力学模型,之后对阻尼器进行了力学试验。得到如下结论:该阻尼器不仅能在不同等级地震作用下满足耗能要求,还具有良好的自复位能力;力学试验得到的滞回曲线与理论推导的力学模型吻合较好,印证了力学模型的正确性;该阻尼器耗能能力随着合金丝直径、螺栓预紧力和坡面坡度的增大而增强;残余位移随着合金丝直径和坡面坡度增大而减小、随着预紧力增大而增大。

板式变摩擦阻尼器力学性能试验与数值模拟

提出了一种变摩擦阻尼器,通过理论计算、试验及有限元模拟验证了该阻尼器的可行性,并对该变摩擦阻尼器力学性能及关键参数的影响进行了研究,研究表明:该变摩擦阻尼器滞回曲线呈“狗骨形”,具有明显变摩擦特性,疲劳性能较好,随着加载位移的增大,摩擦载荷逐渐增大,耗能面积增大,起滑位移和起滑阻尼力无明显变化,该阻尼器无明显频率相关性。通过有限元模拟结果发现,随着碟簧刚度及摩擦钢板坡面角度增大,变摩擦阶段的极限摩擦载荷及第二刚度逐渐增大;随着摩擦片的坡面角度增大,极限摩擦载荷及第二刚度逐渐减小。模拟的结果与理论计算及试验结果较相近,可用于指导该类阻尼器的初步设计。

向心式变摩擦阻尼器控制结构地震反应分析

介绍了向心式变摩擦阻尼器的原理及其基本力学性能，探讨了安装向心式变摩擦阻尼器结构在自由振动和强迫振动时的动力特性和动力反应特点，揭示了向心式变摩擦阻尼器引起结构抖振的机理，对安装向心式变摩擦阻尼器的结构的地震反应进行了分析，研究了向心式变摩擦阻尼器的参数对结构动力特性及地震反应的影响，给出了受控结构的非线性反应谱。

新型压电摩擦阻尼器力学性能及应用分析

为了使结构在地震过程中能有效地抗震耗能,提出了一种新型的半主动压电摩擦阻尼器。对压电陶瓷的电压-位移关系进行了理论和试验分析。详细介绍了新设计的压电摩擦阻尼器的构造和工作原理。测试和分析了压电摩擦阻尼器在不同预压力和不同工作压电陶瓷数量下的出力性能和阻尼器的摩擦系数。论述了适用于该阻尼器的模糊控制理论并建立了模糊控策略。最后基于所设计的压电摩擦阻尼器和所形成的模糊控制策略,利用MATLAB软件对一个拟进行振动台试验的输变电塔模型进行了模拟,得到了输变电塔模型在无阻尼器和有阻尼器两种情况下的顶层位移和加速度时程曲线,并对其进行了对比分析。结果表明,所研发的新型压电摩擦阻尼器具有良好的出力性能,使结构能有效地抗御地震灾害。

压电摩擦阻尼器的试验研究

提出了一种新型的压电摩擦阻尼器,并在力学测试与模拟(MTS)电液饲服万能实验机上对其性能进行了测试。介绍了该压电摩擦阻尼器的构造,并测试了不同预压力下压电陶瓷驱动器的出力性能;调整压电摩擦阻尼器的预压力,在不同加载频率和幅值下,测试了该阻尼器的滞回性能及在不同预压力下,对压电陶瓷驱动器施加随时间变化的电压,在不同加载频率和幅值下,测试了该阻尼器的滞回性能。试验结果表明,仅施加预压力时,阻尼器的性能稳定,滞回性能基本不随加载频率的变化而改变,施加随时间变化电压,压电摩擦阻尼器的性能稳定,具有较好的出力性能。

摩擦阻尼器在框架结构减震设计中的应用——以建水县综合养老服务中心综合医疗用房为例

为提高综合医疗用房的抗震性能,减小结构的地震响应,设计时采用墙式摩擦阻尼器作为消能减震部件,来消耗输入结构的地震能量。根据建筑的具体情况制定了抗震性能设计目标,采用有限元分析软件SAP2000建立模型,并验证模型的准确性。在此基础上,将7条时程反应谱与规范反应谱曲线进行对比分析,分别在多遇地震和罕遇地震下进行结构的时程分析。分析结果表明:在多遇地震作用下,摩擦阻尼器通过提供一定的附加刚度和附加阻尼,有效的控制了结构反应;在罕遇地震作用下,摩擦阻尼器滞回耗能,将部分地震能量转化为内能,与塑性铰一同耗能,保证了结构主体的安全。文章采用的抗震设计方法和相应的结论,对摩擦阻尼器在高烈度地区和地震重点监视防御区的推广应用有一定的参考价值。