黏弹性材料等效标准固体模型的时域延拓方法

为了精确计算黏弹性阻尼器在任意荷载作用下的时域动力响应,提出了一种针对黏弹性材料等效标准固体模型的时域延拓方法.该方法首先将频域内的等效标准固体模型延拓到拉氏域内,再采用高精度拉氏逆变换数值求解方法将拉氏域表达式转换到时域,得到黏弹性阻尼器的时域动力响应.针对无锡减震器厂生产的9050A型号黏弹性阻尼材料的计算结果表明:在正弦激励下,采用时域延拓法计算的储能模量G_1的最大误差为0.005 4%,损耗因子η的最大误差为0.279 7%;在随机荷载激励下,相比于等效线性化近似方法,采用时域延拓法计算得到的El Centro和Kobe地震波作用下最大出力的计算精度提高22.2%以上;所提方法避免建立复杂的时域微分方程,简化了计算过程.     

立体停车结构抗震性能及水平阻尼支撑参数优化

将原研发的水平阻尼支撑应用于高层立体停车结构,以框架停车区平面剪切角及升降区平面剪切角在水平激励下的峰值响应为性能指标,使用ANSYS软件的APDL语言建立了参数化车库-阻尼器模型,通过动力时程分析,研究了支撑杆件布置方案、黏弹性材料的阻尼系数与损耗因子变化对水平阻尼支撑响应控制效果的影响,经比较分析后确定了优化后的水平阻尼支撑参数.结果表明,当支撑杆布置选取最优方案,黏弹性材料阻尼系数取200kN·s/m、损耗因子取5.0时,在不同二维地震波作用下,结构的停车区平面剪切角峰值分别下降了65.67%、51.72%、51.59%,升降区平面剪切角峰值分别减少了73.23%、72.51%、75.36%,结构平面内梁柱变形同步性增强,升降设备工作环境稳定性明显提升,水平阻尼支撑工作状态良好.研究结果对黏弹性阻尼器应用于高层立体停车结构以及高层立体车库设计具有指导意义.     

黏弹性装配式减震器的性能试验研究

为了降低黏弹性减震器的整体硫化成本以及防止其胶黏层提前开裂,对黏弹性减震器进行了改进设计,通过在钢板上增设凹槽和采用螺栓增加侧压力两种方法制作出适用于冷胶黏接的新型黏弹性装配式减震器.然后,对新型装配式减震器在不同工况下进行了力学性能试验,研究其耗能特点与破坏模式,并通过力-位移滞回曲线计算出黏弹性阻尼材料的储能模量以及损耗因子,进而得出装置构造、侧压力、加载频率与位移幅值对减震器力学性能的影响规律.试验结果表明:在钢板增设凹槽以及采用螺栓增加侧压力均能提高减震器耗散振动能量的能力,而且位移幅值和加载频率越大,耗散的能量越多;与无凹槽试件相比,凹槽的存在使减震器在不同侧压力下储能模量增大12.2%～27.4%,损耗因子增大8.2%～9.5%;当侧压力从0 MPa增加至0.833 MPa时,对于新型黏弹性装配式减震器,储能模量增大16.0%,损耗因子增大15.2%.因此,采用适当的外部条件以及合理的内部构造,可以充分发挥阻尼材料的耗能性能,大大提升减震器的减震效果.     

黏弹性结构精细化频域动力分析方法

为了解决具有强频率依赖性的黏弹性结构频域响应计算的精确性和效率较难协调的问题,提出一种改进计算方法。首先引入广义麦克斯韦模型表征黏弹性结构的频率依赖性,建立动力学方程;然后,基于实模态叠加法,并采用分步迭代法求解黏弹性结构的特征方程,获得各阶模态频率与模态损耗因子,采用多项式拟合表征各阶模态参数的频率依赖性函数;最后,将多自由度黏弹性结构频域响应的求解简化为多个进行频率依赖性函数修正的单自由度黏弹性结构频域响应的叠加。研究结果表明:本文方法计算效率较高,与传统基于应变能法相比,对强频率依赖性的黏弹性结构具有更高的精确度,与传统迭代法相比,其在非共振区间也具有较高的精确性。     

短轴向剪切加载模式下超大型黏弹阻尼墙力学性能试验

为了提高黏弹性阻尼装置温度相关性的准确度、最大阻尼力和力学性能,首先开展了黏弹性材料的温度扫描试验,然后设计了一种新式阻尼装置试验方法,即短轴向剪切加载模式方法,采用该试验方法对新型"5+4"式超大型黏弹性阻尼墙构件进行了力学性能试验.试验给出了黏弹性材料的tanδ-T,G'-T,G″-T曲线、黏弹性阻尼墙构件力-位移滞回曲线以及力学性能参数(最大阻尼力、损耗因子、等效阻尼系数、存储刚度、损耗刚度、剪切损耗模量、剪切储能模量等)的频率相关性和位移幅值相关性等.结果表明:黏弹性阻尼墙损耗因子峰值(0.77)与由黏弹性材料温度扫描试验得出的损耗因子峰值(0.79)只有微小差别,说明所设计的"5+4"黏弹性阻尼墙构件在短轴向剪切加载模式下可以很好发挥黏弹性阻尼材料的阻尼性能.     

一种考虑位移幅值影响的黏弹性材料力学模型

为了更好地确定黏弹性材料的力学性能,提出了一种同时考虑温度、频率和位移幅值影响的黏弹性材料力学模型.从温度因素与损伤指标2个方面考虑了位移幅值对黏弹性材料力学性能的影响,通过修正Doolittle方程和损伤变量方程分别推导了位移移位因子与损伤指标,结合等效标准固体模型,提出了修正等效标准固体模型.数值分析结果表明,储能...     

考虑SSI效应的黏弹性阻尼器减震框架结构体系的简化分析

首先在频域中建立了考虑SSI效应的黏弹性阻尼器减震结构的动力平衡方程,通过模态应变能法计算出上部结构的振型频率与振型阻尼比,忽略阻尼器对结构振型的影响,并基于上部结构振型正交性假设对控制方程进行解耦,将原SSI减震结构体系等效为固定基础上的串联质点系模型,采用经典的振型分解法求解结构体系的地震反应。通过数值算例验证了简化方法的可靠性并研究了黏弹性阻尼器性能受SSI效应的影响。结果表明:当结构自由度较多时,采用本文简化方法在保证计算精度的同时可以很大程度地提高计算效率;当考虑SSI效应后,黏弹性阻尼器对结构的控制效果与固定基础相比有所不同。本文提出的简化分析方法可快速地分析建立在软土地基上的黏弹性消能减震结构地震反应。     

服从分数阶Zener模型黏弹性体的力学特性研究

基于黏弹性理论和分数阶导数理论,建立了分数阶Zener模型并给出其本构方程形式,在此基础上推导出服从分数阶Zener模型黏弹性体的松弛函数、蠕变函数及复模量、损耗比等力学性能参数的表达式.通过数值算例,分析了材料的蠕变和松弛行为以及部分力学参数随频率的变化规律.结果表明:服从该模型的黏弹性材料的蠕变和松弛特性,可以通过改变分数阶Zener模型的分数阶数值来控制.在低频时,黏弹性材料的存储模量趋于1,此时材料处于一种橡胶态,其性质接近弹性体.而在高频时,分数微分算子的值越大,耗散率越快趋于稳定;损耗比在低频时加速上升,随着频率增大,在达到最大值后开始有下降趋势.     

考虑频变特性的约束阻尼结构建模与试验研究

为了提高黏弹性约束阻尼结构模型仿真精度,提出一种考虑频变特性的约束阻尼结构建模方法,并开展了试验验证.首先,对ZN-3黏弹性材料进行动态试验测试,基于最小二乘法获取黏弹性材料模量和损耗因子表达式;其次,根据ZN-3黏弹性材料损耗因子关系表达式,基于考虑频变特性的修正模态应变能法,求解了约束阻尼结构的固有频率和模态损耗因子;最后,以贴敷黏弹性阻尼材料的悬臂约束阻尼薄板为例,从理论与试验两方面校验,结果表明,考虑频变特性的约束阻尼结构有限元模型具有较高精度,与试验测试结果比较误差在5%以内,验证了建模方法的准确性.     

TLCMD的动力分析

结构物的储水装置可被设计成调谐液柱/质量阻尼器(TLCMD),然而水柱由于晃动而产生的动力效应对整个调谐阻尼系统的结构控制效果有影响.鉴于此,提出用相位差分析的方法,同时考虑调谐液柱阻尼器(TLCD)与调谐质量阻尼器(TMD)共同作用的TLCMD系统的综合控制效应.通过数值模拟研究了不同水柱设计值的TLCMD系统在风振与地震激励下对结构的控制性能,对比了相应TMD、TLCD的控制效果,并对TLCMD的设置提出了建议.结果表明,TLCMD经优化设计后可取得与普通TMD相近的控制效果,优于TLCD.同时,TLCMD较TMD更经济,且更具实用价值.     

活性染料印花色浆黏弹性行为与印制性能的相互关系

通过稳态剪切和小幅振荡频率扫描试验,系统研究了钙离子对印花色浆黏弹性行为的影响,并进行圆网印花,探讨了具有不同黏弹性行为的糊料的印制性能.研究结果表明:钙离子对色浆的黏弹性能影响很显著,随着钙离子质量分数的增加,含钙离子色浆的储能模量逐渐增加,损耗角逐渐降低,其弹性效应越来越强,表现出越来越显著的弹性行为.当色浆中含有的钙离子质量分数大于0.03%,随着钙离子质量分数的增加,印制的花纹越来越不精细,大片白地区域越来越多,色浆透网性也越来越差.     

黏弹阻尼对一维杆状声子晶体能带结构频移的影响

为了明确黏弹阻尼对声子晶体能带结构的影响,根据黏弹材料的标准线性固体模型,利用平面波展开法的迭代算法对一维黏弹材料声子晶体的能带结构进行了理论计算和对比分析。与弹性模量为常数的完全弹性材料相比,黏弹材料由于其复模量的频率相关性,储能模量和损耗模量对声子晶体的能带结构都有重要影响,特别是损耗模量对声子晶体能带结构的影响在阻尼峰值附近的频率范围不容忽视。位于此频率范围的能带被调向更高频而其他范围的能带基本不变,从而使能带下方带隙增宽而上方带隙变窄。损耗模量对能带结构的这一特定调节作用为黏弹性阻尼材料应用于声子晶体提供了一定的理论基础,也为获得宽频带隙提供了一种新的方法。     

基于转动惯性效应的调谐质量阻尼器控制方法

转动惯性双重调谐质量阻尼器(Rotational Inertia Double-Tuned Mass Damper,RIDTMD)是一种由调谐黏滞质量阻尼器(Tuned Viscous Mass Damper,TVMD)和调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper,TMD)组合而成的新型减振控制装置.采用RIDTMD作为控制装置,建立了多自由度结构-RIDTMDs系统的减振控制模型,并对其减振的有效性进行了研究.首先,基于RIDTMD装置的工作原理分析,给出了RIDTMD装置单体的力学简化模型;然后,建立了任意数目的 RIDTMD装置对多自由度结构减振的控制模型;并以控制系统的H2范数为优化目标,将RIDTMD装置的参数进行优化;最后,以一个3层框架结构为例,对RIDTMD装置的减振效果及装置参数对结构响应的影响规律进行分析,并与传统TMD装置进行对比,验证了RIDTMD装置减振的有效性.     

地震作用下固定式海上风机动力模型试验及耦合数值研究

海上风机是复杂环境荷载作用下多自由度复杂结构体系．为揭示环境荷载、转子机舱组件及支撑系统之间相互作用对海上风机结构运动响应的影响,建立水动力和结构弹性联合相似准则、气动力的牛顿相似准则,开展了地震、风、波流联合作用下海上风机整体结构动力模型试验,验证了风浪等环境荷载对于地震作用下五桩基础海上风机结构响应的影响．基于FAST v8推导并建立了地震、风、波浪联合作用下海上风机整体耦合数值仿真模型,揭示了该工况下海上风机结构响应的耦合特性,同时发现停机保护策略并不能有效降低海上风机结构地震响应．进一步,探讨了调谐质量阻尼器对海上风机在地震组合工况下的振动控制效果．     

结构混合耗能控制研究

针对调谐液体阻尼器 (TLD)对地震动输入前期的结构响应控制作用较差的情况 ,采用了粘性液体耗能器与TLD联合作用的混合耗能体系进行地震动响应控制 .通过钢框架 -混合耗能体系的地震动响应数值分析 ,比较了独立TLD阻尼器与混合耗能体系的减振效果 ,讨论了粘性流体耗能器参数对复合耗能体系减振效果的影响     

自由阻尼层加筋板的稳态简谐响应分析

应用模态叠加法研究了敷设粘弹性自由阻尼层加筋板的稳态简谐响应，以结构幅频特性曲线的方式来研究粘弹性阻尼以结构响应的控制作用，分析了阻尼材料模量、损耗因子和阻尼层与基层厚度比对结构响应的影响，分析中考虑了结构上下不同位置的结点的情况，结果表明，在相同幅度的情况下，增加阻尼层与基层厚度比比增加阻尼材料损耗因子的减振效果好；粘弹性材料能够有效地控制的共振响应。     

集成型碰撞调谐质量阻尼器(P-TMD)振动台试验研究

针对传统调谐质量阻尼器(TMD)质量过大难以安装,对频率较为敏感的固有缺陷,碰撞调谐质量阻尼器(P-TMD)将碰撞耗能与传统的TMD相结合以增大装置耗能。在前期的数值模拟研究中,P-TMD在地震激励下展现了比TMD更好的控制效果及控制稳定性。根据P-TMD的数值模型设计制作了一个用于水平向减振的集成P-TMD装置原型,并将装置安装于一柔性框架结构进行了地震激励下的减振试验。试验结果验证了P-TMD在不同地震激励下都可以对结构响应进行有效控制,控制效果相对稳定;特别对加速度峰值和均方根值的控制效果可达40%以上,相比TMD控制的效果提升明显。本文结果可以为今后P-TMD的进一步研究和应用提供必要的试验支持。     

邻近振型对调谐质量阻尼器优化参数的影响

调谐质量阻尼器(TMD)被广泛应用于大跨轻柔结构的振动控制,然而在进行TMD减振系统的参数设计时,往往不考虑邻近振型的影响。以主体结构的加速度为控制目标,采用MATLAB编制程序进行参数分析,研究邻近振型对调谐质量阻尼器优化参数的影响,结果表明:当邻近振型与被控振型的频率接近且该临近振型对振动控制部位的振动响应有较大贡献时,忽略临近振型的影响将导致TMD的设计参数出现较大偏差,削弱TMD的控制效果。     

黏弹性阻尼器减震结构考虑SSI的参数分析

采用通用有限元软件ANSYS,针对某软土地基上土-基础-黏弹性阻尼器减震框架结构进行了三维有限元分析.计算中土体的本构模型采用等效线性模型,土体的侧向边界采用黏弹性人工边界,研究了改变黏弹性阻尼器的阻尼系数、土体的软硬程度和基础形式等参数时,土-结构相互作用(简称SSI)对黏弹性阻尼器减震效果影响的变化规律.结果表明:随着黏弹性阻尼器阻尼系数的增大,土-结构相互作用对其减震效果的影响程度先增大后减小;黏弹性阻尼器的减震效果总体上随着土体的变硬而变好;设置黏弹性阻尼器的结构采用桩筏基础的减震效果优于采用箱型基础的.     

水平地震作用下巨-子型有控结构的动力响应研究

针对巨一子型有控结构存在的因子结构加速度过大及位移过大可能会造成主、子结构碰撞的问题,本文设置了一种实际的粘滞阻尼器,分析水平地震作用下其对巨一子型有控结构动力响应的控制效果,通过改变粘滞阻尼器的安装位置,进一步讨论了粘滞阻尼器安装位置对其控制效果的影响,研究表明:粘滞阻尼器的设置不会影响子结构的调频作用,且能改善巨一子型有控结构的控制效果,减小主结构位移、子结构加速度响应,其在结构中的安装位置对控制效果影响显著.