摩擦阻尼器工程应用力学模型算法研究进展

摩擦阻尼器因其优秀的耗能能力被非常广泛地应用于土木工程中。在这些应用中,共同的目标是找到最佳的系统参数以指导阻尼器设计,同时便于一个给定的摩擦阻尼器设计明确其可达到其最大阻尼量。该文在国内外大量研究的基础上,从摩擦力、摩擦阻尼器和结构失效控制等方面介绍其研究目的、参数意义,总结应用于摩擦阻尼器的各项数学模型算法及其参数定义方法,综述改进方向,提出对摩擦阻尼器力学模型的参数识别算法的认识,并阐述其发展方向。

长孔螺栓摩擦阻尼器试验研究

本文主要针对长孔螺栓摩擦阻尼器进行了往复荷载作用下的试验研究,研究摩擦接触面材料、长孔宽度及有无碟形垫片对阻尼器工作性能的影响,设计了5个试件进行循环加载试验。结果表明:摩擦接触面为钢-钢接触时,摩擦力稳定性较差,使用黄铜板做摩擦材料时,阻尼器在多次往复荷载作用下摩擦力变化幅度较小,稳定性良好;长孔宽度较大容易产生高强螺栓预紧力的损失,在摩擦面上分布不均匀以及黄铜板翘曲变形等现象,长孔宽度小的试件在摩擦力的对称性上表现出更加优越的性能;碟形垫片的使用能有效地控制摩擦力的离散程度。

摩擦阻尼器的初始滑移参数与结构耗能特征分析

本文根据双板型摩擦阻尼器的结构特点,分析了该摩擦阻尼器的工作特性,建立了使用该摩擦阻尼器的结构动力方程,并从实际结构各层摩擦阻尼器的初始滑移值出发,计算讨论了由结构层间位移的不同导致的摩擦阻尼器的耗能差异,由此得出摩擦阻尼器初始滑移值对结构响应的影响特性,从而进一步探讨了初始滑移值与实际结构各层摩擦阻尼器滞回特性和地震时程响应之间的关系,提出了如何改变摩擦阻尼器的初始滑移值以使各层摩擦阻尼器耗能最佳的解决方案。

基于自复位变摩擦阻尼器的结构减震控制

目的针对常摩擦力摩擦阻尼器不能根据结构反应实时调整滑动摩擦力、导致减振效果不稳定的问题,研发一种自复位变摩擦阻尼器.方法基于库仑摩擦定律建立自复位变摩擦阻尼器的恢复力模型,通过对设置以及未设置阻尼器的结构分别进行确定性及随机地震反应分析,研究该阻尼器的减振效果.结果确定性地震动作用下,自复位变摩擦阻尼器能够有效减小结构的层间位移反应,而绝对加速度反应通常有所增大;随机地震动作用下,自复位变摩擦阻尼器能明显减小无控时层间位移较大楼层的位移反应,多数楼层绝对加速度均方根值的均值和标准差有所减小,而楼层绝对加速度峰值大多增大.结论自复位变摩擦阻尼器能明显降低结构的位移反应,且位移控制效果基本上不随输入地震动加速度峰值的变化而改变,但受控结构的加速度反应通常较无控结构有一定增大.

转动型摩擦阻尼器试验研究与理论分析

为研究不同摩擦材料和螺栓预紧力下转动型摩擦阻尼器的力学性能和稳定性,采用3种不同摩擦材料,设计9个转动型摩擦阻尼器试件,进行低周往复试验研究,对比分析了3种不同摩擦材料的转动摩擦机理、滞回性能、摩擦力、螺栓预紧力。对转动型摩擦阻尼器受力机理进行了理论分析,得到转动型摩擦阻尼器的摩擦力理论计算公式,使用刚塑性模型对阻尼器的恢复力模型进行了拟合。研究结果表明:(1)铜锌合金和铝镁合金摩擦材料的摩擦效应由犁沟效应和粘着效应共同作用,无石棉有机物摩擦材料以粘着效应为主;(2)阻尼器滞回曲线饱满,接近矩形,表现出良好的耗能能力;(3)铜锌合金和铝镁合金摩擦材料的摩擦力呈现逐渐增加的趋势,无石棉有机物摩擦材料摩擦力表现下降的趋势;(4)铝镁合金摩擦材料的螺栓预紧力比较稳定;(5)摩擦力理论计算公式与试验结果取得较好的一致性,可以用于阻尼器设计与分析;(6)刚塑性模型对铜锌合金和铝镁合金摩擦材料的阻尼器恢复力模型适用性较高。

粘滞流体阻尼器的力学性能试验研究

粘滞流体阻尼器耗能性较强,动力性能比较稳定,因此在减震设计中应用较为广泛。为保证粘滞流体阻尼器的减震效果,需要对其进行力学性能试验研究。本文以某公司生产的粘滞阻尼器为试验样品,对其进行了基本力学性能测试、频率相关性能测试、慢速测试。对实验数据进行回归分析,得到了粘滞流体阻尼器的阻尼系数和阻尼指数。分析试验数据后发现较低的频率和较小的位移时黏滞阻尼器的阻尼力-位移滞回曲线表现出摩擦特性,曲线呈现出近似矩形的形状,这说明此时在黏滞流体阻尼器的阻尼力中,活塞和导杆与缸体的摩擦占了很大部分,该摩擦使阻尼器在工作过程中产生轴向抗力,进而引起黏滞阻尼器在低速运动下的锁死不启动,与结构变成刚性连接,不能起到减震效果;或者降低黏滞阻尼器提供的附加阻尼比,影响减震效果。据此,本文提出了一种考虑摩擦力的黏滞流体阻尼器阻尼力计算公式。

电磁颗粒阻尼器减振机理及试验研究

对直流电磁场作用下电磁颗粒阻尼器的减振效果进行了理论分析和试验研究。理论和试验结果表明:在一定振动强度下,可以通过施加直流电磁场的方法,加大颗粒体与振动系统间的动量交换,提高对结构振动的抑制作用;同时增大磁颗粒之间的接触压力,由此加大摩擦力,进而提高阻尼器的摩擦耗能。该方法为扩大颗粒阻尼器的适用范围,对抑制不同强度的振动提供了基础,使颗粒阻尼能够适应不同振动环境的要求。结果说明颗粒阻尼器可以由被动振动控制方法发展为半主动振动控制手段,本文的研究为这一潜在发展提供了有益探索。

多层环形钢板阻尼器的静力学研究

为了满足高温、低温、腐蚀环境特殊工况下阻尼减振的需要,对以干摩擦阻尼进行减振的阻尼器的开发一直是工程技术人员的一个主要研究方向。多层环形钢板阻尼器是借助于载荷作用下多层金属环之间的干摩擦力耗散能量,实现阻尼隔振的一种新型阻尼器。为此,从弹性力学的角度建立静力学模型,对多层环形钢板阻尼器的弹性元件进行静力学研究。通过选取应力函数对力学模型进行求解,得出此种类型阻尼隔振元件承受载荷时的力学特性,为设计及应用该种类型阻尼器提供理论依据。

罕遇地震下自复位钢框架抗震性能参数分析

分析研究对梁腹板带有摩擦阻尼器的自复位钢框架结构抗震性能起主要影响作用的钢绞线初始预应力值和摩擦阻尼器的摩擦力值这两项参数。首先,采用ABAQUS有限元软件的连接单元法建立结构分析模型。然后,对结构分析模型的计算参数进行取值。最后,分析了预应力钢绞线的初始预应力值和摩擦阻尼器的摩擦力值这两项参数对自复位钢框架结构抗震性能的影响。