考虑法向载荷变化的微滑摩擦系统振动分析

工程结构中,常采用干摩擦阻尼器来降低系统的动力响应幅值。振动环境中,连接界面间存在着复杂的接触和摩擦行为,这些行为具有跨尺度、迟滞非线性和切法向耦合等特点。建立了一种能同时考虑法向载荷变化和切向微滑摩擦行为的接触力学模型,推导了模型恢复力和相对位移间关系的表达式,利用不同模型间的比较验证了模型的有效性。将该模型应用于简化的摩擦阻尼器系统,求解了简谐激励下系统的迟滞回线、单位周期的能量耗散和频率响应曲线,并对不同模型的特性进行了比较分析。结果表明:是否考虑法向载荷变化对系统动力学响应预测有很大影响;考虑法向载荷变化的微滑摩擦模型能够更加完善、准确地模拟接触界面间的力学行为。

考虑法向载荷变化的Iwan模型及其特性分析

为了完整、准确地复现摩擦接触界面间的力学行为和描述其能量耗散特性,提出了一种考虑法向载荷变化的Iwan模型.在连接界面的法向上,该模型采用一个非线性弹簧来描述界面法向载荷变化和间歇性分离的行为,在其切向上则采用原始Iwan模型来描述界面间的微滑和宏滑行为;推导了切法向耦合作用下模型的恢复力和位移关系的表达式,给出了模型运动状态转换点的判据;并以简化的摩擦阻尼器模型为对象,求解了振动系统在简谐激励作用下的动力学响应,讨论了不同激励参数对系统动力学特性的影响.分析表明,当法向载荷为常值时,该模型退化为Iwan模型,从而验证了模型的准确性;该模型考虑了切向微滑行为和法向载荷变化的动态耦合,相比于不考虑法向载荷变化的模型能够更加完善、准确地模拟接触界面间的力学行为及其对系统振动响应预测的影响;连接界面的法向分离不仅会减弱系统的阻尼性能,使得系统动响应很高,而且会增强系统响应的非线性程度,在实际工程应用中应尽量避免.