环形剪切开孔软钢阻尼器参数优化设计

为了提高环形剪切开孔软钢阻尼器耗能能力,对阻尼器的相关参数进行了优化设计。其中,阻尼器的钢板厚度和开孔率为设计变量,耗能性能为优化目标,同时阻尼器总用料为约束条件。首先基于Kriging代理模型,通过拉丁超立方抽样设计和有限元分析,建立阻尼器耗能性能与其参数之间的函数关系;然后应用遗传算法,对阻尼器的几何参数进行全局寻优,从而得到阻尼器最优参数组合。结果显示:所建立Kriging模型的预测响应值与数值分析得到的响应值之间的相关性r^(2)≥0.95,可见该模型具有较高的精度;经参数优化后的阻尼器,其耗能性能提高了6.2%,同时总用料降低了5.4%。利用此优化设计方法,不仅提高了该阻尼器的性能,同时降低了阻尼器的制作成本,实现了安全性与经济性的双重优化。

环形剪切开孔软钢阻尼器的设计及力学分析

为了改善矩形剪切钢板阻尼器在剪力作用下塑性分布不均且容易出现四周应力集中现象,提出了一种环形剪切开孔软钢阻尼器。利用ANSYS软件建立了该阻尼器的数值模型,并对其进行了力学分析。分析过程中分别考虑了钢板厚度、开孔数量和孔径大小等参数。研究结果表明:环形剪切开孔软钢阻尼器屈服位移较小,滞回曲线饱满且稳定,耗能能力强。阻尼器的初始刚度、最大恢复力及等效粘滞阻尼系数随着钢板厚度的增加而增大。开孔率不超过18%时,其初始刚度、最大恢复力及等效粘滞阻尼系数随着开孔数量和孔径大小的增加变化不大,说明阻尼器设计较为合理。最后,通过分析给出了该阻尼器的恢复力模型,并利用数值分析结果进行验证,显示其吻合度较高,能准确地描述该阻尼器的力学特性。

环形剪切软钢阻尼器在受控结构中的位置优化

为了探究环形剪切软钢阻尼器在受控结构中的位置优化,提出了结构阻尼器减震率灵敏度的概念,在MATLAB中以3种地震波作用下的混凝土框架结构为研究对象,计算结构在水平地震加速度激励下的位移时程响应,得出了每层结构对阻尼器的减震率灵敏度,以层间位移角不超限为优化目标,通过撤去减震率贡献较低楼层的阻尼器实现对阻尼器的位置优化,同时在相同条件下使用逐层布置法对受控结构进行环形剪切软钢阻尼器的位置优化。结果表明,文中优化效果与逐层布置法一致,证明了此方法的可行性,优化后结构各项位移均有明显的降低,其中最大层间位移角降低了72%,El-Centro波下的结构顶层52号节点位移降低了70.81%,Taft波下的优化布置方法明显优于逐层布置法。

形状优化的菱形开孔剪切型金属阻尼器减震性能

目的为解决传统开长缝的剪切型金属阻尼器应力集中以及焊接产生的热效应影响,提高阻尼器耗能能力,提出一种采用等强度线优化开孔形状的菱形开孔剪切型金属阻尼器.方法根据弹塑性力学理论寻找耗能单元截面在受弯、受剪条件下屈服强度相等的曲线,将该等强度曲线所围成的四边形作为对阻尼器耗能板的开孔形状,并推导了阻尼器弹性等效刚度与屈服强度的设计公式;对阻尼器耗能单元进行材料试验,基于真实的材料本构关系数据建立了精细化有限元数值仿真模型,模拟其低周往复加载的力学性能,分析阻尼器的变形模式与耗能能力,并比较了开长缝和开优化形状菱形孔阻尼器的减震性能.结果屈服强度的仿真结果与计算结果误差小于2%,刚度误差小于1%;相比传统的开长缝钢板阻尼器,形状优化的菱形开孔阻尼器累积等效塑性应变最大值减小为24.3%~37.5%;加载位移角小于1/20工况时,耗能未明显提升;加载位移角超过1/20工况时,形状优化的菱形开孔阻尼器单位体积耗能率增加多至32.9%.所建立的有限元模型是基于真实材性试验数据给出的,能更好地反映阻尼器金属的力学行为;设计公式计算结果与数值仿真结果吻合较好,可作为该类阻尼器的设计公式.结论与开长缝的钢板阻尼器相比,形状优化的菱形开孔阻尼器的强度随着滞回行为而稳定强化,具有良好的低周疲劳性能与稳定的耗能能力,塑性变形分布更加均匀,最大累积等效塑性应变明显减小.