土木工程结构抗震的SMA被动阻尼设计方法及其应用

介绍形状记忆合金（SMA）材料在土木工程结构被动阻尼减震中的研究与应用现状,包括SMA材料的力学行为,SMA阻尼器、阻尼结构的设计和计算及其性能分析方法,工程应用评价,并就进一步加快SMA在结构抗震设计的实用化提出一些看法。     

含MR阻尼器的简支梁振动响应分析

基于由粘性阻尼和回滞阻尼组成的阻尼模型,对磁流变(MR)流体的动力学特性进行了研究.应用迭代摄动法讨论了含有MR阻尼器的振动系统的非线性频谱并且给出了带有MR流体阻尼器梁结构的计算结果,并应用Newm ark数值积分方法分析了带有MR阻尼器梁结构的多自由度振动系统在不同磁场强度和激励频率作用下的位移响应情况.结果表明,系统的刚度和响应的变化可以通过外加磁场强度来控制,随着磁场强度的增加,响应幅值减小,结构的刚度变大.     

带伸臂桁架减振层高层结构抗风效果分析

建立某50层钢框架-混凝土核心筒三维空间结构模型,对原结构和装设伸臂桁架减振层的结构进行顺风向脉动风作用下的时程分析,探讨了减振层数量与布设位置对该结构抗风性能的影响.结果表明:合理的减振层数量及其优化设置可有效改善高层结构舒适度以及抗风性能;以层间位移角和结构顶层峰值位移为控制目标,将阻尼器连续布设在结构中部减振效果较好;以结构顶层峰值加速度为控制目标,将阻尼器连续布设在靠近结构顶部减振效果较好;在黏滞阻尼器的阻尼指数和总阻尼系数等参数不变的条件下,设置多道减振层高层结构的综合抗风性能优于设置单道带伸臂桁架减振层的高层结构.     

冲击载荷作用下电磁阻尼器动力学特性研究

为了探究电磁阻尼器在冲击环境下的工作特性,开展针对冲击载荷作用下的电磁阻尼器动力学特性研究。首先,根据电磁阻尼器存在的“恒阻尼-恒功率”的固有特性,基于单自由度系统振动模型,建立冲击载荷作用下电磁阻尼器阻尼响应模型,分析了冲击性质等因素与阻尼输出特性的匹配关系;其次,建立了电磁阻尼器动力学模型,并利用Simulink搭建了仿真模型进行分析;最后,研究分析了载荷匹配系数和衰减系数对电磁阻尼器阻尼输出特性的影响,提出了阻尼稳定输出的调整方法。研究结果表明：电磁阻尼器在实现对冲击载荷的制动过程中,会在恒阻尼输出平台中出现阻尼凹陷现象的突变,且其制动特性可以通过载荷匹配系数和衰减系数进行调整。     

冲击载荷作用下电磁阻尼器动力学特性

为了探究电磁阻尼器在冲击环境下的工作特性,开展针对冲击载荷作用下的电磁阻尼器动力学特性研究。首先,根据电磁阻尼器存在的"恒阻尼-恒功率"的固有特性,基于单自由度系统振动模型,建立冲击载荷作用下电磁阻尼器阻尼响应模型;分析了冲击性质等因素与阻尼输出特性的匹配关系。其次,建立了电磁阻尼器动力学模型,并利用Simulink搭建了仿真模型进行分析。最后,研究分析了载荷匹配系数和衰减系数对电磁阻尼器阻尼输出特性的影响,提出了阻尼稳定输出的调整方法。研究结果表明:电磁阻尼器在实现对冲击载荷的制动过程中,会在恒阻尼输出平台中出现阻尼凹陷现象的突变;且其制动特性可以通过载荷匹配系数和衰减系数进行调整。     

带定压活门的液压阻尼器力学性能研究

从液压阻尼器动力学模型入手,考虑油液含气量对油液压缩性的影响,建立了带定压活门的液压阻尼器动力学模型.对阻尼器在不同激振下的阻尼力及等效阻尼进行了数值仿真,仿真结果表明理论结果与实验值符合,验证了该模型的准确性.对不同含气量时阻尼器的响应进行计算,证实了油气混合会降低液压阻尼器的阻尼力和等效阻尼.将理论模型用于预估双频激振下的阻尼器等效阻尼,发现高频背景振动使低频小幅值扰动的等效阻尼严重下降,而对低频大幅值扰动等效阻尼的影响则要小得多.     

空间含铰可展桁架结构的非线性动力学建模与分析

综合考虑间隙、非线性刚度、摩擦及碰撞阻尼,建立了铰链等效模型,并基于该等效模型建立了含铰可展桁架结构动力学模型。根据铰链的变拓扑结构特点,提出了适用于解决时变非线性动力学问题的附加力方法,对多自由度平面和空间可展桁架进行了动力学仿真,得到了可展桁架的动力学响应。通过设置不同铰链参数和外部激振条件,分析了不同间隙、激振力、摩擦力对含铰可展桁架频率和幅值的影响,结果表明:间隙和激振力增大可导致桁架固有频率降低,响应幅值增大;摩擦力增大可提高桁架的固有频率。多单元桁架伸展臂的动力学试验结果验证了文中建立的含铰可展桁架动力学模型的正确性。     

微滑移阻尼叶片最优正压力的影响因素分析

为了研究阻尼结构参数对阻尼叶片最优正压力的影响,基于微滑移模型,推导出了阻尼器非线性干摩擦阻尼力的计算公式.建立了带阻尼结构叶片的有限元非线性动力学方程,采用谐波平衡法对系统动力响应进行了计算.计算结果表明:系统的共振频率随正压力的增大而增大;叶尖响应随正压力的增大先减小后增大;存在一个最优正压力,使阻尼器的减振效果最好,该最优正压力随阻尼器接近叶尖而减小,随阻尼器截面抗拉刚度的增大而减小,且对激振力幅值改变不敏感.     

微滑移阻尼叶片最优正压力的影响因素分析

为了研究阻尼结构参数对阻尼叶片最优正压力的影响,基于微滑移模型,推导出了阻尼器非线性干摩擦阻尼力的计算公式．建立了带阻尼结构叶片的有限元非线性动力学方程,采用谐波平衡法对系统动力响应进行了计算．计算结果表明：系统的共振频率随正压力的增大而增大;叶尖响应随正压力的增大先减小后增大;存在一个最优正压力,使阻尼器的减振效果最好,这个最优正压力随阻尼器接近叶尖而减小,随阻尼器截面抗拉刚度的增大而减小,这个最优正压力对激振力幅值改变不敏感．     

磁流变旋转阻尼器阻尼力矩的数值计算与结构设计

从磁流变液本构关系出发，建立了磁流变旋转阻尼器阻尼力矩的计算模型．应用有限元的数值分析方法，计算了几种典型结构旋转阻尼器的阻尼力矩，并提出了阻尼片与内腔壁的间隙对阻尼力矩有较大的影响．对数值模拟的结果进行比较，得出了结构设计中应遵从的一般性原则，为磁流变旋转阻尼器的结构设计提供了理论依据．依据该原则，设计了一种以磁流变液为阻尼介质和密封材料的新型旋转阻尼器．     

漂浮体系斜拉桥黏滞阻尼器参数的简化计算

根据漂浮体系斜拉桥的动力响应特点以及近断层速度脉冲型地震动特性,基于结构动力学基本理论,提出了考虑附加黏滞阻尼器的漂浮体系斜拉桥三质点简化动力模型.利用等效阻尼比概念以及能量消耗等效原理,推导得到了速度脉冲型地震动作用下漂浮体系斜拉桥线性及非线性黏滞阻尼器阻尼系数的简化计算公式.最后,通过一座漂浮体系斜拉桥实例,验证了相关公式的正确性.     

基于改进遗传算法的阻尼器位置与数量优化分析

为实现大跨网架结构上黏滞阻尼器位置和数量的优化,以替换杆件模态应变能百分比之和取得最大值为目标函数,以结构节点位移、加速度和杆件应力的峰值为优化控制指标,采用Matlab编写并验证改进的遗传算法优化程序.基于优化结果,采用ANSYS对网架结构在多遇、罕遇地震作用下的震动控制效果进行数值模拟对比分析.结果表明,阻尼器优化布置方案减震效果良好,明显改善结构受力状况;以安全性及经济性为优化目标,得到最佳方案,总结出大跨网架中黏滞阻尼器的布置规律,对实际工程减震设计具有参考意义.     

大跨度空间钢管桁架结构的风振响应和风振控制研究

为了获得大跨度空间钢管桁架结构在风荷载作用下的实时受力、变形情况和风振系数,本文采用自回归法编制计算程序,数值模拟具有空间相关性的大跨度空间钢管桁架结构的多点风速时程,根据由风速时程转化的作用于结构的风荷载时程对两个大跨度空间钢管桁架结构进行风振响应分析和风振系数的计算.结果表明,编制的计算程序可较好地模拟大跨度空间钢管桁架结构的空间点风速时程,计算所得风速时程的功率谱与目标功率谱吻合较好;采用粘滞阻尼器后结构节点位移及杆件应力振动幅值均有所降低,可有效地减小结构的风振响应;根据风振响应的计算结果给出了可供设计参考的结构风振系数.     

固体材料外弹性阻尼支承的设计与实验研究

本文提出了一种用于高速旋转机械的新型固体材料外弹性阻尼支承(简称固体阻尼器)的设计方法,并通过挠性转子与带有这种阻尼器的流体动压滑动轴承结合的运行实验,介绍了转子-轴承系统的振动测试和分析方法。此种固体阻尼器的性能可在一定范围内选择,以便提供使转子振动得以控制所必须的阻尼。它的使用能够明显提高系统的动态稳定性。     

附加MTMD的大跨度桥悬臂推送架设竖向减振

针对装配式钢桁桥悬臂推送架设过程中跨度逐渐增大、结构振动加剧,应用调谐质量阻尼器(Tuned mass damper,TMD)进行减振控制又受到结构布置受限等问题,运用多重调谐质量阻尼器(Multi-ple tuned mass dampers,MTMD)来进行架设过程的减振控制.应用ANSYS软件建立了某型装配式钢桁...     

采用Kagome夹心板的航天器仪器安装板振动控制

为了实现航天器仪器安装板的振动控制,建立了采用Kagome夹心板制作的仪器安装板的有限元模型,并选用一种圆柱形黏弹性阻尼器,通过Biot模型建立了该阻尼器的有限元模型;计算了各阶模态中Kagome平面桁架的模态应变能在结构总模态应变能中所占的比例,将其作为模态可控度,再结合给定载荷情况下的模态位移来确定需要控制的模态,由此提出了一种利用模态应变能比来控制多模态振动的阻尼器布置方案.特征值分析及时域响应数值模拟表明,该阻尼器布置方案只需使用很少数量的阻尼器,便可以显著增加较宽频带内所有模态的阻尼比,而且对于其他模态的振动也有一定的抑制作用.     

永磁调节式磁流变阻尼器在拉索减振中的应用研究

斜拉桥拉索易发生风雨振动,在拉索上安装磁流变阻尼器是一种有效的减振措施.基于洞庭湖大桥拉索减振系统升级改造工程,对永磁调节式磁流变阻尼器进行了力学性能试验,得到了该磁流变阻尼器在不同档位、频率和振幅工况下的滞回曲线,计算了不同档位下的等效阻尼系数,评估了拉索安装阻尼器后获得的实际阻尼比.结果表明,安装永磁调节式磁流变阻尼器后满足拉索减振要求.永磁调节式磁流变阻尼器已成功应用于岳阳洞庭湖大桥,解决了该桥严重的风雨致振动问题.     

巨型框架减振结构的动力时程分析

巨型框架减振结构具有调谐质量减振、基础隔震和阻尼耗能减振多种减振功能。文章采用隔震支座将主框架和子框架隔离开来,组成巨型框架减振结构;首先建立了巨型框架减振结构的结构动力模型得出减振结构运动方程,然后运用有限元分析软件SAP2000进行地震反应的线性时程分析,比较巨型框架减振结构和巨型框架抗震的动力响应;结果表明,减振结构方案有明显的减震效果。     

骨架组合结构材料选择优化层合部件法

提出用于金属一复合材料骨架组合结构减振优化设计的层合部件法（1aminatecomponentmethod,LCM）。定义骨架结构中待设计杆件和梁为层合部件,杆件在有限元模型中必须用由待选材料构成的层合梁单元或层合板单元模拟,以避免弯曲振动模态丢失。结合结构拓扑优化SIMP（sotidisotropicmierostrueturewithpenaltymethod）法,建立了钢一复合材料组合骨架结构材料选择、拓扑与尺寸优化的综合数学模型,实现材料选择与拓扑优化设计变量的连续化。以桁架结构质量为目标函数,振级落差、加速度、位移和应力等为约束条件,给出金属一复合材料组合桁架结构减振优化设计实例。优化结果表明,LCM用于金属一复合材料组合骨架选材优化设计是可行的。     

相邻结构减震优化分析

利用阻尼器连接相邻结构可减小结构地震反应,阻尼器参数的确定是减震设计的关键。根据随机振动理论,在白噪声激励下,以相邻结构的自振频率比、质量比为参数,推导了结构位移反应均方值与连接阻尼参数的关系式,分析了相邻结构的地震反应与频率比、质量比以及连接阻尼比的变化规律,从而得到了连接阻尼器的优化设计参数。最后在El Centro波、Taft波及人工波激励下,对比分析了某相邻10层建筑结构有连接和无连接时的地震反应,结果表明粘滞阻尼器连接相邻结构具有较好的减震效果。本文分析方法可供相邻结构减震设计参考。