碟簧支承高速圆瓦推力轴承性能分析及标高误差影响研究

针对立式干气密封氦气压缩机轴系用高速圆瓦推力轴承承载性能问题,建立碟形弹簧支承推力轴承的润滑性能计算模型和搅拌功耗计算公式,分析圆形瓦推力轴承随转速、载荷的性能变化规律及标高误差对轴承润滑性能和支承碟形弹簧性能的影响。研究表明:轴承搅拌功耗与摩擦功耗的比值随转速和载荷的增大分别增大和减小,最高转速下搅拌功耗是摩擦功耗的两倍以上;弹性自适应调节技术可以有效改善瓦块标高误差对轴承承载平面度的影响,但各瓦标高误差越大,各瓦润滑性能及碟形弹簧积累的变形能差异也越大。因此,对于高速立式转子系统,推力轴承设计必须考虑搅拌功耗对轴承温升的影响,同时需要进一步研究标高误差对转子高速稳定性的影响。

大跨连续梁桥竖向抗震性能研究

随着监测手段的不断进步,地震动的记录越来越完善,很多地震动的竖向分量被检测到并引起了专家学者的重视,尤其是高烈度区和震中区,地震动竖向分量甚至比水平分量还要显著。文章在综合分析国内外对多向地震以及多维隔震技术研究现状的基础上,研究了一种新型三维隔震装置(高阻尼橡胶碟簧三维隔震装置)在大跨度桥梁竖向抗震设计中的应用。结果表明:仅在桥墩安装三维隔震装置是最有效、经济的安装位置;竖向地震动分量对主梁纵向加速度有着放大作用,考虑竖向地震作用时,跨中竖向加速度不容忽视;三维减隔震装置较水平隔震支座有着更好的减隔震效果。

基于负刚度碟簧装置的竖向隔震支座力学性能研究

在竖向隔震中,为同时满足高静态刚度和低动态刚度的需求,提出一种基于预压碟簧的负刚度装置(disc spring negative stiffness device,DSNSD),利用其与已有的预压弹簧装置(prepressed spring device,PSD)集成为拥有高静低动刚度的竖向隔震支座(PSD-DSNSD隔震支座)。首先对DSNSD的构造与工作原理进行详述,建立相应的力学模型,再通过Python进行数值模拟,考察上述碟簧装置的力学性能,最后利用Abaqus建立PSD-DSNSD竖向隔震支座的有限元模型进行模拟。结果表明:加入DSNSD后竖向隔震支座的隔震刚度显著降低,验证了将DSNSD用于竖向隔震增效的可行性。说明DSNSD在启动后可提供负刚度,从而有效减小整体装置的竖向刚度。

新型三维隔震装置力学性能试验研究

基于铅芯橡胶隔震垫、组合碟形弹簧和钢板阻尼器的各自力学性能特点,设计开发出一种新型的三维隔震装置,首先简要介绍了该三维隔震装置的组成构造和力学性能设计方法;通过一足尺三维隔震装置分别进行了水平向和竖向力学性能试验。试验结果表明,该三维隔震装置具有构造合理、传力机制明确等优点,在水平向和竖向都能够具有适宜的隔震刚度和阻尼耗能性能,并且在较大水平剪切变形时仍具有良好的整体稳定性。

基于某博物馆的新型三维隔振装置作用性能研究

为了同时隔离水平地震作用及地铁运行导致的竖向振动,以橡胶支座和碟形弹簧相串联的形式设计了一种三维隔振装置.采用ABAQUS数值模拟与验证,确定了不同组合形式装置的水平刚度及竖向刚度取值.同时,基于某博物馆实际工程,建立了装置使用前后博物馆数值模型,并进行地震波和地铁波的时程分析.结果表明:三维隔振装置能同时隔离水平地震和竖向振动;装置刚度的计算结果与试验值相吻合;地震作用下,采用三维隔振装置的结构基底剪力降低了45%～80%,加速度峰值降低了66%～80%,减震效果明显;楼层加速度响应及Z振级值可以通过合理设置竖向刚度值来降低,综合考虑隔振效果及装置竖向变形,建议该博物馆三维隔振装置的竖向刚度取值为20 kN/mm.

碟形弹簧竖向隔震装置的恢复力模型及其试验验证

为研究碟形弹簧竖向隔震装置(DSI装置)的恢复力模型,对DSI装置的受力机理及变形特征进行深入分析;在此基础上,建立DSI装置的原点指向恢复力模型(OO恢复力模型).此外,对典型DSI装置进行往复荷载作用下的力学性能试验,分析其荷载-位移滞回曲线特征,并利用试验结果对OO恢复力模型的有效性进行验证.研究表明:OO恢复力模型具有典型的非对称性特征,摩擦力对其恢复力特性影响较大;往复荷载试验工况下,DSI装置的荷载-位移滞回曲线具有典型的非对称性特征,加载频率对其力学特性影响较小,动荷载幅值和加载预压位移的大小对其力学特性影响较大.随着动荷载幅值的增加,DSI装置的荷载-位移滞回曲线饱满度逐渐减小,因加、卸载刚度不同呈明显不对称性形状;随着加载预压位移的增大,DSI装置的荷载-位移滞回曲线趋于饱满,其耗能能力逐渐增强.OO恢复力模型能够有效模拟DSI装置的力学行为,利用OO恢复力模型计算的DSI装置的等效刚度及等效阻尼与试验结果的误差在8%之内.

抗拔型三维隔震支座力学性能研究

为解决传统隔震支座竖向抗拔能力较差,且不能对建筑结构进行竖向隔震等问题,提出一种具有较优抗拔能力的三维隔震支座,并研究了该支座水平及竖向自由度的力学性能。首先将具有竖向隔震能力的碟簧组装置与高阻尼橡胶隔震支座串联结合,然后在支座外部设计抗拔装置,共同组成抗拔型三维隔震支座。而后建立了三维隔震支座实用分析模型,并对其水平和竖向力学性能进行计算,通过与试验结果进行对比,以验证模型的有效性;之后对三维隔震支座转动自由度及承受上拔力时的力学性能进行了数值分析。研究结果表明:三维隔震支座实用模型能有效模拟三个平动自由度的力学性能。当支座处于隔震状态时,抗拔装置还起到传导高阻尼橡胶隔震支座提供的水平力作用。得到了转动自由度的刚度曲线及弯矩-转角曲线,其中弯矩-转角曲线近似为双线性模型;支座抗拔能力较强,在抗拔装置发挥作用之前,荷载-位移曲线会出现零刚度段;得到了抗拔装置发挥作用时的三维隔震支座的荷载-位移曲线,为隔震结构出现上拔力时的动力计算提供条件。

碟簧-叠层橡胶三维复合隔震支座力学性能试验研究

对适用于大跨空间结构的碟簧-叠层橡胶三维复合隔震支座进行隔震性能试验研究,该支座由叠层橡胶与下部碟簧装置串联组成。水平方向,试验测试了简谐波激励下支座的滞回性能,考察了剪应变、竖向压力及加载频率对其水平力学性能的影响;竖直方向,对支座的等效刚度及等效阻尼比进行试验研究,考察了加载幅值、预压力及加载频率对其竖向滞回性能的影响,同时考察竖向刚度的变化对叠层橡胶支座水平力学性能的影响。结果表明,三维复合隔震支座在水平及竖向均有较好的滞回性能,水平方向等效阻尼比在0.07~0.11之间,其值随着竖向压力的增加而增大;竖向等效阻尼比在0.1~0.2之间,竖向加载频率对其影响不大;竖向刚度的降低使支座的水平等效刚度、等效阻尼比增加。

隔振推力轴承振动能量泄漏的反演诊断

[目的]隔振推力轴承是用于轴系纵向振动控制的新装置。试验中,发现轴系传递特性与理论预报值差距大,经判断是某隔振推力轴承出现了较严重的振动能量泄漏。为追溯系统声学性能不佳的成因及确定优化改进方向,聚焦推力轴承弹性部件开展研究。[方法]以裸弹簧和隔振缸为研究对象,反演隔振推力轴承振动传递。基于隔振理论与动力学试验,建立螺旋弹簧隔振缸动力学模型,设计垂向试验台架。[结果]研究结果表明:螺旋弹簧共振峰尖锐、光滑,而隔振缸的共振峰平坦且伴有接触摩擦产生的谐波成分;当存在接触摩擦时,产生了附加刚度和附加阻尼,显著影响了隔振缸的传递特性。[结论]研究验证了螺旋弹簧隔振缸的动力学模型。理想状态下所得的螺旋弹簧传递特性可作为隔振缸的优化改进标杆,结论可为轴系隔振的优化改进提供理论支撑,具有重要的工程价值。

球面网壳结构的分段式多维隔震控制

球面网壳结构是典型的大跨度空间结构,地震时水平和竖向地面运动分量对其地震响应的影响均十分显著。为了提高网壳结构的抗震性能,可采用支座型隔震装置形成分段式多维隔震机制。在这类多维隔震体系中,碟形弹簧支座可用于结构的竖向隔震,同时,可将其与适用于水平隔震的摩擦摆(FPS)或SMA-橡胶支座配合使用。基于上述概念设计,提出了水平和竖向隔震装置的构造和计算模型。进而,根据网壳结构多维隔震的动力方程,开展了El Centro波作用下双层球面网壳和单层球面网壳结构多维隔震控制的数值模拟。计算结果表明,多维隔震球面网壳结构的杆件内力、加速度和位移的减振效果能达到50%以上,验证了所提多维隔震技术对保护球面网壳结构免遭地震破坏的有效性。

考虑人体耦合作用的结构竖向隔振研究

结构在环境振动或地震作用下的竖向振动不容忽略,有必要采取竖向隔振装置进行减振控制。考虑人体与结构耦合作用后不仅使隔振动力模型更加真实,还可以直接获得人体的动力响应。采用碟形弹簧支座对结构进行基础竖向隔振,并根据国际标准ISO5982规定的不同姿势下的人体动力模型,建立了考虑具有非经典阻尼的人与隔振结构耦合运动方程,利用复模态分析实现了方程的解耦,通过算例分析了竖向隔振以及人体作用对结构响应的影响。结果表明:对于一般的质量和刚度分布均匀的结构,人体对结构具有微弱的减振作用。碟形弹簧支座可以显著地降低结构的竖向振动并改善居住舒适度。

基于非对称模型的碟簧隔震单自由度体系地震响应

基于碟簧竖向隔震(DSVI)支座的非对称受力特征,提出非对称恢复力模型,并利用试验结果对该恢复力模型进行验证;基于该非对称恢复力模型,建立碟簧竖向隔震单自由度(DSVI-SDOF)体系的非线性时程分析程序.在此基础上,对典型DSVI-SDOF体系进行非线性动力时程分析,研究非对称恢复力模型对其地震响应分析结果的影响.研究结果表明,非对称恢复力模型能够准确表征DSVI支座的力学行为,从而使得非线性时程分析程序能够较为准确地模拟DSVI-SDOF体系的地震响应.随着地震动峰值加速度的增加,DSVI-SDOF体系的峰值加速度、峰值地震力的隔震率先增大后减小,当地震动峰值加速度为400 cm/s^2时,DSVI-SDOF体系的隔震效果达到最优,峰值加速度和峰值地震力的隔震率均在20%~50%.

地铁环境下已建建筑的隔振研究

通过实测得到地铁运行引起某建筑物楼板的振动加速度,利用ANSYS有限元分析软件建立碟簧隔振支座以及上部结构的层间剪切模型,通过对比隔振前后结构的效应,分析碟簧隔振支座的隔振效果.研究表明设置碟簧支座可使上部建筑的竖向加速度明显减少.由此可见,在建筑物底部设置碟簧隔振支座具有显著的隔振效果.

一种新型三维隔震支座的试验研究

通过研究三维隔震支座与二维隔震支座力学性能的相关关系,对传统的蝶形弹簧改进,并将改进后的新型蝶形弹簧通过对合叠合的方式组成蝶形弹簧竖向隔震支座,与普通橡胶支座通过串联的方式组合成一个新型的三维隔震支座。对二维天然隔震橡胶支座(LNR)、碟形弹簧竖向隔震支座、三维隔震支座分别进行了水平方向和竖向力学性能试验,分析了独立状态下的二维隔震支座与三维隔震支座相互之间力学性能的关系,并对其规律进行了归纳和总结。试验结果表明:竖向弹簧片支座的竖向刚度随压应力的增加呈线性变化;在低频率情况下频率对其竖向刚度影响不大;三维隔震支座的水平刚度相对于独立状态下的LNR会略有降低;LNR对三维隔震支座的整体竖向刚度的影响不大。

碟形弹簧复合隔震支座力学性能试验与数值模拟研究

为了提高普通碟形弹簧隔震支座的耗能能力,将普通碟形弹簧隔震支座与黏弹性阻尼材料相结合,形成碟形弹簧复合隔震支座。对碟形弹簧复合隔震支座进行静力和动力往复加载试验,考察加载预压量、位移幅值和加载频率对其力学性能的影响。试验结果表明,黏弹性阻尼材料能够有效提高普通碟形弹簧隔震支座的耗能能力;加载频率对其等效刚度和等效阻尼比影响较小;位移幅值和加载预压量与其等效刚度和等效阻尼比成正相关关系;黏弹性阻尼耗能及库仑阻尼耗能占碟形弹簧复合隔震支座耗能的主要部分,黏性阻尼耗能占其耗能的比重较小。利用ABAQUS软件建立碟形弹簧复合隔震支座的精细化数值模型,对其承受静力和动力荷载的力学行为进行数值模拟。数值模拟结果表明,C3D8R单元和C3D8H单元能够有效模拟碟形弹簧复合隔震支座中碟形弹簧和黏弹性阻尼材料的力学行为。

阵列碟簧柱支座竖向隔震性能试验研究

目前工程上常用的隔震支座在水平隔震上可发挥良好的效果,但不具备竖向隔震的效能。随着实际工程尤其是重大工程对建筑抗震安全水平的要求不断升高,建筑三维隔震的工程需求日益增大,研发同时具有水平和竖向隔震效能的三维隔震系统无疑是当务之急。在传统水平隔震支座的基础上,将碟形弹簧组合和阵列排布应用于建筑竖向隔震,设计了阵列碟簧柱竖向隔震支座,对其设计构造、原理及特点进行剖析,在此基础上,对这种新型隔震装置进行竖向单调加载和竖向循环加载试验,研究其竖向隔震性能及其相关参数的影响。

基于SMA—橡胶支座和碟形弹簧的球面网壳结构多维隔震

球面网壳结构是典型的大跨度空间结构,地震时水平和竖向地面运动分量对其地震响应的影响均十分显著。为了提高其抗震性能,采用SMA—橡胶支座和碟形弹簧形成分段隔震机制以降低结构的多维地震响应。本文建立了SMA—橡胶支座和碟形弹簧的隔震计算模型。进而,根据球面网壳结构多维隔震的动力方程,针对某单层球面网壳结构,开展了其在不同地震作用下的多维隔震控制研究。由时程响应的数值模拟结果可见,多维隔震网壳结构的杆件内力、加速度响应和位移响应较无控结构有了显著的降低,从而验证了所提出的多维隔震技术对于保护球面网壳结构免遭地震灾害破坏的有效性。

基于RSAPS平台的隔震单元模型

为实现对隔震支座力学特性的精细化模拟,基于前期建立的结构精细化模拟分析平台RSAPS,结合可以考虑水平双向耦合作用的Bouc-Wen模型和考虑竖向刚度变化的双弹簧模型,开发了隔震单元分析模块。该模块采用重叠面积法确定给定侧向位移下的临界荷载;根据支座是否具有各项同性特性,选取相应的加卸载判断条件。应用该模块分别模拟分析了铅芯橡胶支座双向位移控制试验、双向激励振动台试验和缩尺隔震桥梁振动台试验,结果表明,基于RSAPS平台所开发的隔震单元模块,可以有效模拟隔震支座的静、动力特性,且具有较高的计算效率,可进一步应用于隔震桥梁的地震响应分析。