航天器展开机构转动阻尼器仿真分析与试验研究

随着航天器大型天线展开驱动力矩需求越来越大,天线展开到位时的冲击载荷控制问题逐渐引起工程界的重视。介绍了一种航天器展开机构用大行程、大阻尼转动阻尼器,可有效抑制展开机构展开时的冲击载荷。对转动阻尼器的工作原理进行了简要介绍,建立了转动阻尼器力学模型,分析了转动阻尼器的阻尼特性;采用MSC.ADAMS软件,对天线从收拢状态到完全展开状态这一展开过程进行了动力学数值仿真分析,分析了转动阻尼器对展开速度以及展开到位时锁定冲击力的影响;搭建了转动阻尼器阻尼性能测试平台,并且进行了阻尼性能测试。结果表明,阻尼力矩仿真值与试验值误差在2%以内,安装转动阻尼器后天线展开到位时锁定冲击载荷幅值下降达91%,展开末期展开速度下降达81%,验证了转动阻尼器对冲击载荷控制的有效性。

基于转动摩擦铰阻尼器的干式装配梁-柱节点抗震性能试验

基于转动摩擦铰阻尼器(RFHD),提出了转动摩擦耗能干式装配梁-柱节点(DRFDBJ)。为了验证DRFDBJ结构对于实现预期力学性能的可行性和合理性,以施加在摩擦片表面的螺栓预紧力(P_(c))为变量,开展了2个工况下的DRFDBJ试件低周往复拟静力试验研究。结果表明:DRFDBJ结构的力学性能主要由RFHD提供并控制,试验中节点呈现了稳定的承载力和理想的变形、耗能能力,并实现了预期的损伤集中;2个不同P_(c)水准下节点承载力的试验值与理论值误差不超过5%,通过调整P_(c)可实现节点承载力的调控,为DRFDBJ结构承载力的可调控提供了支撑。

增效转动摩擦阻尼器的工作机理及力学性能分析

该文提出了一种新型增效转动摩擦阻尼器(ERFD),由杠杆原理放大其转动角度,进而提高其耗能能力,适用于梁柱节点。为验证ERFD工作机理的可行性,采用ABAQUS软件建立其有限元数值模型,以相同摩擦工况的扇形摩擦阻尼器(SFD)和未放大的转动摩擦阻尼器(RFD)作为对照模型进行力学性能分析,进而探究ERFD耗能增效机制。研究结果表明:ERFD的承载力、刚度和耗能均得到明显提高,较于SFD分别增大了17.63%、12.54%、14.53%;其他三个改变摩擦片布置方式的试件的刚度和耗能比ERFD分别减少29.38%、58.67%、70.76%和29.55%、58.96%、70.58%;ERFD的承载能力和耗能能力相较于RFD放大了92.38%、85.49%。这说明ERFD耗能能力良好,且三个点均布置摩擦面的整体力学性能较好,且增效效果显著。

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。

装配式减震节点转动型阻尼器抗震性能及恢复力模型研究

提出一种可用于预制装配式结构中梁柱连接和耗能的转动型阻尼器——扭转钢管阻尼器。设计了5个不同参数的扭转钢管阻尼器试件并对其进行了拟静力低周往复加载试验,结果表明:试件整体绕销轴发生转动变形,具有良好的转动变形能力,极限转角均在0.06 rad以上,延性系数均大于规范要求的4.0;试件的滞回曲线饱满,具有明显的等向强化特征,等效黏滞阻尼系数达到0.5左右,具有良好的耗能能力;试件的壁厚和外径越大、有效管长越小,其转动强度越大;试件在等幅循环加载下各项疲劳性能指标基本在±15%的规范要求内,具有良好的抗疲劳性能。在此基础上,对Bouc-Wen模型进行改进以模拟阻尼器的滞回行为,采用量子粒子群算法对试验滞回曲线进行了参数识别,识别结果表明改进Bouc-Wen模型能更好地适应试件的等向强化特性,具有比Bouc-Wen模型更高的模拟精度,可用于整体结构的抗震分析计算。

转动摩擦铰阻尼器力学性能试验研究

在装配式框架梁-柱节点中设置消能减震装置,是装配式结构发展的重要方向。转动摩擦铰阻尼器(RFHD)是转动摩擦耗能干式装配梁-柱节点(DRFDBJ)的关键单元,为梁-柱节点提供可调控的承载力和耗能能力。为了验证RFHD的力学性能,优选适用于RFHD的摩擦片材料,综合考虑了H62黄铜和纤维增强树脂基材料2种摩擦片材料、3个螺栓预紧力水准和3种加载制度,开展了18个工况下的RFHD力学性能试验,考察了RFHD的出力、摩擦系数和疲劳受力性能,重点分析了两种材料的摩擦系数稳定性。结果表明:采用两种摩擦片时,RFHD均具有相对稳定的出力、良好的耗能和变形能力,且疲劳性能满足相关规范要求;RFHD可作为DRFDBJ的关键单元提供节点的承载力和耗能能力;相比于H62黄铜摩擦片,纤维增强树脂基摩擦片在不同加载速率和不同压应力水准下的摩擦系数更稳定,有利于实现RFHD出力的稳定可调,进而实现DRFDBJ力学性能的可调控。该研究可为DRFDBJ节点的进一步研究奠定基础,并为摩擦阻尼器的相关研究提供参考。

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。

基于调谐转动惯量阻尼器的结构摆振控制方法(I):参数影响分析与小型比例模型试验

由于常用的调谐质量阻尼器(tuned mass damper,TMD)对悬吊结构转动和摆振运动控制无效,本文结合数值模拟和模型试验对前期研究提出的新型调谐转动惯量阻尼器(tuned rotary inertia damper,TRID)控制系统应用的可行性进行深入研究.在建立了TRID系统与悬吊结构相互作用力学分析模型以后,通过数值模拟分析比较了控制系统参数对控制效果的影响;基于Simulink系统进行非线性运动微分方程数值求解和ADAMS(automatic dynamic analysis of mechanical systems)机构动力学运动仿真分析,研究了TRID系统控制结构摆振运动的最优参数,如转动惯量比、调频比、阻尼比等;通过小型比例模型系统试验验证了TRID系统控制结构摆振的可行性和有效性.

基于调谐转动惯量阻尼器的结构摆振控制方法(Ⅱ):足尺模型试验与TRID装置小型化研究

基于前期研究工作建立了调谐转动惯量阻尼器(tuned rotational inertia damper,TRID)理论模型并进行数值分析和小比例模型试验,首先对一台中型桥式起重机的吊钩进行了摆振控制的足尺模型试验,进一步验证了TRID系统控制悬吊结构摆动的有效性.其次针对某大型海洋起重铺管船浪涌致吊钩摆动问题设计了TRID控制系统.然后针对在大型工程实际应用中TRID系统需要较大转动惯量的问题,提出了通过引入变速器使TRID系统小型化的方案,并对该方案进行了理论分析和数值模拟验证,结果表明,通过引入变速装置,TRID系统可以采用较小的实际转动惯量来获得等效的大转动惯量,从而可以使TRID系统实现小型化.

烟囱悬挂内筒-转动摩擦阻尼器减震止晃研究

研究了利用转动摩擦阻尼器(rotational friction dampers,RFD)和悬挂排烟内筒对高耸钢筋混凝土地震响应进行被动控制。首先提出了烟囱用FRD节点的构造做法,将RFD置于内、外筒之间,在地震作用下,允许内、外筒产生适量相对位移,使RFD产生摩擦耗能。其次,对该体系的地震响应被动控制进行了理论研究,将内、外筒视为质量和弹性连续分布的梁,基于假设模态法,采用Bouc-Wen滞回模型模拟RFD,用Lagrange方程推导了受控体系的非线性运动微分方程及其空间状态方程。最后,以某275 m高烟囱为例,对比分析了两种罕遇地震作用下的5种减震方案。通过选用合理的RFD参数、位置和内筒悬挂长度,能获得满意的减震效果。

转动摩擦阻尼器及转动摩擦耗能结构研究进展

转动摩擦阻尼器既可以安装在梁柱节点形成转动耗能节点,满足节点较大的塑性转动需求,避免节点发生脆性破坏,也可以用于支撑结构中,利用支撑的受力特点和转动摩擦阻尼器的工作机理,使两者合理结合达到耗能的目的。综述了现有的转动摩擦阻尼器的构造形式、试验研究情况及耗能特点;并介绍了安装转动摩擦阻尼器的耗能节点和支撑体系的工作机理、耗能特点及部分耗能结构的实际工程应用情况。总结了目前转动摩擦阻尼器及转动摩擦耗能结构的耗能特点及研究现状,并提出了未来研究中需要解决的问题。

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。

带有转动摩擦阻尼器钢框架的抗震性能分析

为研究转动摩擦阻尼器不同布置形式对钢框架抗震效果影响,采用SAP2000建立11个有限元计算模型,针对转动摩擦阻尼器5种布置形式进行8度罕遇地震作用下弹塑性时程分析。研究了结构层间位移、顶点位移、顶点加速度和柱底剪力,并对时程曲线及减震率进行对比分析,确定转动摩擦阻尼器在钢框架结构中的最优布置方案。弹塑性时程分析结果表明,在底部3/4楼层高布置转动摩擦阻尼器时,钢框架结构的减震效果最佳,且塑性铰发展缓慢,结构始终处于弹塑性状态。

用调谐转动惯量阻尼器控制大跨度桥梁颤振研究

针对大跨度桥梁的颤振问题,研究了利用调谐转动惯量阻尼器(TRID)进行大跨度桥梁颤振的被动控制方法。建立了具有调谐转动惯量阻尼器的桥梁在均匀风场中的系统颤振运动方程,引入状态空间向量,求解颤振临界风速。以虎门大桥为对象,分析了TRID对提高临界风速的有效性及TRID参数对控制效果的影响。

新型转动型摩擦阻尼器抗震性能研究

提出了一种具有摩擦力臂放大功能的转动型摩擦阻尼器(以下简称“RFD”),阐述了其构造形式和转动方式。设计加工了1个大尺寸的试件,将其所受的碟形弹簧的预压力和摩擦力臂大小作为试验变量,进行低周往复荷载试验,分析了RFD阻尼器转动中心的改变、耗能能力和摩擦力的稳定性。试验结果表明:该转动型摩擦阻尼器打破了传统摩擦阻尼器只能通过施加更大预紧力或使用摩擦系数更大的材料提高耗能的传统想法,实现了通过增大摩擦力力臂提高耗能的目的;其转动中心有两处,分别为销轴处和下侧转动点;试件的荷载-位移曲线形状饱满,具有良好的耗能能力。通过不均匀系数和变异系数的分析,表明该摩擦阻尼器具有良好的稳定性。

摩擦型抗震阻尼器的应用及分析

由于金属板的摩擦,旋转阻尼器会耗散地震能量。摩擦阻尼器的机械行为使用ABAQUS有限元软件和摩擦阻尼器螺栓的拉伸模型进行数学建模。通过研究不同的设计来分析摩擦系数和摩擦面的数量。滞后曲线对此类阻尼器弯矩的影响是确定性的,对摩擦材料有显着的负面影响。使用OPENSEES分析程序对具有旋转摩擦阻尼器的钢框架结构的弹塑性行为进行了时间历史研究。两次地震,东北地震和埃尔森特罗地震,被用于时程分析中摩擦阻尼器的旋转。在许多情况下,地震和滑坡对钢框架的抗震性能影响并不显着。结果表明,多层钢框架结构中的摩擦阻尼器具有良好的耗能和减震性能。

装配式转动摩擦阻尼器耗能性能研究

为提供可靠的耗能性能且便于震后更换,设计并制作了一种构造形式简单、传力机制明确的装配式转动摩擦阻尼器。在建立其恢复力模型基础上,通过压剪试验机测试阻尼器在不同预紧扭力矩和加载频率下滞回性能,获取滞回曲线、骨架曲线、单位滞回能量曲线及等效阻尼比。结合试验数据验证理论模型的准确性。研究结果表明:阻尼器设计采用的恢复力模型与试验吻合度较高,实测滞回曲线饱满,证明阻尼器的耗能性能良好;摩擦系数、滞回耗能能力与加载频率相关性较小,单位滞回能量随位移幅值增大而增大,同时等效阻尼比变大。

双阶受力干式装配梁-柱节点抗震性能试验研究

研究提出了一种双阶受力干式装配梁-柱节点(DADBJ)。该节点的关键组件是摩擦铰(RFH)和预设缝防屈曲钢板(SBRSP),具备2个受力工作阶段和损伤集中易修复的特性。为了验证DADBJ构造的合理性,揭示其双阶段受力工作机理,设计加工了DADBJ试件,以SBRSP的预设缝隙宽度作为试验变量,进行了2个工况的低周往复拟静力试验。结果表明:提出的DADBJ构造实现了预期的双阶段受力特性,第一阶段由RFH提供节点的力学性能,第二阶段由RFH和SBRSP共同提供节点的力学性能;DADBJ的损伤集中于芯板,通过更换SBRSP芯板对节点快速修复,节点的性能可恢复到初始状态;SBRSP的预设缝隙宽度可直接决定DADBJ第二阶段的启动位移;提出的DADBJ双阶屈服荷载理论公式和二阶启动位移理论公式精确度好。该研究可为装配式框架结构和多阶受力型结构的设计和研究提供参考。

带有转动摩擦阻尼器的钢框架结构的力学性能研究

为研究转动摩擦阻尼器对钢框架的抗震性能的影响,利用有限元软件ABAQUS建立转动摩擦阻尼器有限元计算模型,对结构的抗震机理进行了分析,提出带有转动摩擦阻尼器钢框架结构的恢复力模型,研究了带有转动摩擦阻尼器钢框架结构在单调和低周往复荷载作用下结构的应力分布、破坏模式以及高强螺栓预紧力、摩擦片的摩擦系数对结构抗震性能的影响规律。结果表明,带有转动摩擦阻尼器钢框架的初始刚度及承载力与普通钢框架相比,均得到显著提高,阻尼器达到最大转动量程后与结构协同工作并提供一定刚度;通过增大转动摩擦阻尼器高强螺栓预紧力、摩擦片的摩擦系数可提高结构的初始刚度,但对结构的极限荷载和滑移刚度无明显影响;带有转动摩擦阻尼器钢框架模型的滞回曲线饱满,具有良好的延性和耗能能力。

转动型摩擦阻尼器力学性能及抗震效果分析

转动型摩擦阻尼器通过钢板间转动摩擦消耗地震能量。通过采用ABAQUS有限元软件对转动摩擦阻尼器的力学性能进行数值模拟,分析中考虑了转动摩擦阻尼器螺栓预紧力大小、转动摩擦系数和摩擦面个数3个设计参数;通过考察不同设计参数对该类阻尼器弯矩-转角滞回曲线的影响,确定影响转动摩擦阻尼器力学性能的主要影响参数。在OPENSEES分析软件中对包含了转动摩擦型阻尼器的钢框架结构进行弹塑性动力时程分析,动力时程分析中采用了Tohoku和El Centro两种地震波,分别考察了转动摩擦阻尼器在多遇地震和罕遇地震下对钢框架结构抗震性能的影响情况。研究结果表明：多层钢框架结构中的转动型摩擦阻尼器具有良好的耗能减震效果。