新型双重自复位摩擦阻尼器试验及数值模拟

为提升阻尼器的复位性能,提出了由复位弹簧与形状记忆合金(shape memory alloy, SMA)组成的双重复位驱动体系,设计了新型双重自复位摩擦阻尼器,概述了其构造及工作原理。通过往复加载试验,考察了预紧力、加载位移幅值及复位弹簧组件刚度对阻尼器复位性能及耗能性能的影响;确定了阻尼器简化力学模型并进行数值模拟分析。结果表明：增大预紧力虽能提高阻尼器耗能性能,但同时增大了残余变形率;在预紧力和加载位移幅值较大的情况下,双重复位体系对阻尼器卸载后残余变形率的降低更加显著,有利于提升有高耗能需求的阻尼器的复位性能;简化力学模型与OpenSees有限元模拟得到的阻尼器滞回曲线、力学性能参数与试验结果吻合程度较高,验证了力学模型的准确性。通过有限元模拟分析了各功能部件对阻尼器整体性能贡献,分析结果反映了摩擦耗能装置对阻尼器整体耗能性能的贡献较好,并且复位弹簧对阻尼器复位性能的贡献随着预紧力的增大而愈加明显。     

转动摩擦铰阻尼器力学性能试验研究EI北大核心CSCD

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。     

一种内部碰撞型三质量阻尼器试验验证及数值模拟分析EI北大核心CSCD

提出了一种新型控制装置——碰撞型三质量阻尼器(vibro-impact tri-mass damper,VITM),该装置基于三类质量阻尼器发展而成,包含一个调谐质量阻尼器、一个非线性能量阱,以及位于两者之间的自由质量,中间质量可与两侧质量发生碰撞。首先,介绍VITM工作原理,建立运动方程和碰撞模型;其次,实施动力试验,验证VITM理论模型的准确性;最后,通过数值模拟方法对VITM的耗能特点、参数影响、频率和能量鲁棒性,以及减震性能展开研究。分析结果表明:VITM主要依靠碰撞耗能,减振效果显著,无需再增设阻尼装置,且碰撞发生在装置内部,不会增加受控结构加速度;同时,VITM较已有装置具备更强的频率和能量鲁棒性,在脉冲型荷载和地震作用下均展现出优越的控制性能,为工程结构减震提供了新方法。     

活塞杆颗粒阻尼器优化设计研究EI北大核心CSCD

为探究活塞杆颗粒阻尼器阻尼性能,该研究基于离散元-多体动力学耦合分析方法(discrete element method-multibody dynamics,DEM-MBD),建立了活塞杆颗粒阻尼器仿真模型。通过数值模拟,研究活塞杆颗粒阻尼器颗粒材料特性、颗粒尺寸、活塞杆埋入深度及振动幅值和频率对阻尼性能的影响规律。研究结果表明,颗粒间摩擦效应、活塞杆埋入深度对阻尼性能影响显著,碰撞恢复系数对阻尼性能无影响,并发现振动位移与颗粒粒径相等时阻尼效果达到局部最优值。基于以上结论,该研究进一步研究了一种弹簧预紧力作用下显著提升阻尼性能的活塞杆颗粒阻尼器模型,并通过试验对仿真结果进行了验证,为活塞杆颗粒阻尼器在实际振动控制应用中提供理论参考。     

一种新型自复位SMA-剪切型铅阻尼器的试验及其数值分析

利用形状记忆合金（shape memory alloys,SMA）的超弹性以及金属铅的屈服耗能特性,开发出一种新型复合耗能自复位阻尼器,由形状记忆合金丝、剪切型铅块以及复位弹簧组成,其特点是结构简单、制作方便,同时具有高耗能及自复位功能。制作了阻尼器模型,并进行了力学试验,研究了在循环荷载作用下不同加载速率、不同位移幅值对其力学性能的影响。建立阻尼器的力学模型对其进行了数值模拟,结果表明：新型阻尼器在循环荷载作用下滞回性能稳定,利用形状记忆合金与铅同时工作耗能,阻尼器具有良好的耗能能力;复位弹簧的设置能使阻尼器具有良好的自复位能力;数值模拟结果与试验结果吻合较好,验证了力学模型的正确性。     

螺旋式钢阻尼器耗能性能研究EI北大核心CSCD

针对地震作用多向性和随机性的特点,提出了一种具有水平双向耗能功能的螺旋式钢阻尼器。该阻尼器由圆钢弯制成螺旋形状,水平安装在墩顶与梁底之间。基于刚臂法和力法方程,推导了该种阻尼器的承载力计算公式,并采用拟静力循环加载试验研究了阻尼器的滞回性能和低周疲劳寿命。将有限元计算结果分别与理论和试验结果进行了对比。最后研究了螺旋距离、圆钢半径和螺旋半径3个主要形状参数对阻尼器耗能能力的影响。结果表明:螺旋阻尼器的滞回曲线稳定且饱满,具有良好的耗能能力和双向力学行为。     

输电线路防舞阻尼器系统参数分析及设计研究EI北大核心CSCD

针对目前覆冰导线舞动频发现状,提出了一种通过在导线靠近输电塔位置处设置阻尼器来减振耗能从而实现输电线路舞动抑制的方法。基于Hamilton原理运用多阶伽辽金函数推导得到了导线-阻尼器系统的广义运动方程,并以某750 kV单档八分裂输电线路为例进行运动方程特征值分析,得到了导线-阻尼器系统的动力特性,探索了导线的垂度参数、阻尼器安装位置、阻尼系数及刚度系数等对系统等效阻尼比的影响,阻尼器安装位置越靠近跨中,系统的最大阻尼比提升效果越明显,两侧对称安装阻尼器可以有效地减小最优阻尼系数。采用数值算例和有限元数值仿真技术比较了粘滞阻尼器与负刚度阻尼器(NSD)对导线系统的减振效果,并针对NSD提出了参数的优化设计方法。研究表明:相比传统阻尼器,NSD可以在较低阻尼系数下有效地提高系统各阶的最大阻尼比,且能够明显降低导线系统的自振频率;系统所能达到的一阶最大阻尼比对NSD安装位置的变化不敏感;通过有限元仿真证实了,基于NSD的输电导线阻尼器设置方案相较于传统阻尼器方案具有更好的防舞性能。     

SMA滑动摩擦阻尼器的数值模拟及参数分析

该文将超弹性形状记忆合金(shape memory alloy,SMA)螺栓和摩擦斜面结合,提出一种SMA滑动摩擦阻尼器(SMA slip friction damper,SMASFD)。介绍了SMASFD的基本构造和工作原理,给出描述滞回行为的理论公式,开展了概念验证试验,建立了三维实体单元有限元模型。试验数据和分析结果均表明,采用合理设计的斜面倾角和摩擦系数,阻尼器可展示出“旗帜形”滞回曲线,拥有良好的耗能能力和优越的自复位能力,并且理论公式和模拟结果均与试验数据吻合良好。基于已经验证的有限元模型,建立了6个额外的有限元模型进行参数分析,关键参数包括斜面倾角、摩擦系数和SMA螺栓的预紧力。参数分析结果表明：阻尼器的非线性变形集中于SMA螺栓内,其他部件保持弹性;增大斜面倾角可提高阻尼器的强度、割线刚度和耗能能力;当接触面间的摩擦系数较大时,阻尼器的耗能能力得到提高,但是超过上限值会导致阻尼器无法自复位;对SMA螺栓施加预紧力可提高阻尼器的初始刚度和割线刚度,但是会降低阻尼器的最大变形能力。     

格栅式摩擦阻尼器的试验研究与数值模拟

位移型阻尼器具有较小的屈服后刚度,在大震下会出现刚度的突然减小,出现明显的损伤集中现象,造成修复成本较高。提出了一种由多种耗能单元组成的新型格栅式摩擦阻尼器,该装置具有屈服后硬化刚度、双重耗能机制、多节点耗能等特点。对耗能单元设计了含6组试件的系数比测定试验和2组试件的耗能单元拟静力试验,并建立了数值模型。系数比测定试验表明:与黄铜摩擦材料相比,无石棉树脂摩擦材料性能更稳定、摩擦出力大;无石棉树脂材料系数比逐渐减小至恒定值,而黄铜材料系数比先增后降至恒定值。通过耗能单元的拟静力试验发现,平动摩擦和转动摩擦行为协同工作良好,耗能单元具有预期的屈服后刚度硬化行为,表现了多阶段耗能特性;其出力中各组分比例可通过控制试件设计参数(如截面尺寸、杆件数量和施加扭矩)进行调整。最后建立了实体单元数值模型,表明数值模拟结果与试验值吻合较好。     

基于流变技术的飞机起落架缓冲器建模

针对流变力学的特点,在起落架上采用了间隙密封式环形截流口结构的缓冲器,并对其进行了力学分析,根据实际情况,对缓冲器的受力进行了简化;基于Bingham模型建立了缓冲器的力学模型,并对其进行了仿真分析。仿真结果显示,该力学模型能准确地反映起落架缓冲器的工作特点,适用于起落架缓冲器。     

粘弹性耗能器的性能试验研究

本文根据土木工程的特点和要求,选用三种国产粘弹性材料制作相应的耗能器,分别进行了变频、变温、变应变、常温与低温疲劳及极限变形等大量试验,研究了这些材料的主要性能指标—剪切模量、耗能因子的变化规律,分析了频率、温度、应变和疲劳效应等因素对粘弹性材料性能参数的影响。在此基础上,提出了粘弹性耗能器设计和制作的一些要求以及国产粘弹性材料用于土木结构减振时进一步改性的目标     

基于扩展有限元进行钢筋混凝土柱捏拢效应的机理分析

预测地震荷载下钢筋混凝土柱的力学性能,对评估震后混凝土结构的安全性和震害损失具有重要意义。由于混凝土材料在受力过程中的复杂性,目前对钢筋混凝土结构力学性能的模拟主要依靠数值方法。已有的数值模拟方法大都基于有限元法,将混凝土视为连续体,通过人为定义参数来指定混凝土的滞回本构,因此存在一定的主观性与局限性。该文结合扩展有限元法与断裂准则,直接模拟混凝土裂缝的开展与闭合,并考虑钢筋和混凝土的粘结滑移作用,通过数值计算,直接再现了钢筋混凝土结构在低周反复荷载下的力学行为。模拟方法得到了试验的验证,与结果吻合较好。该文进一步分析了钢筋混凝土柱的滞回行为中混凝土、钢筋的各自作用和相互抵消行为,从细观的角度,在机理上揭示了捏拢效应出现的三个主要原因。     

新型粘滞-弹性阻尼器的力学性能试验与理论研究

研制开发了一种新型粘滞-弹性阻尼器,对DS1~DS8八种不同型号的粘滞-弹性阻尼器进行了低周循环加载试验和抗低周疲劳性能试验研究,研究了新型粘滞-弹性阻尼器的耗能性能、参数相关性能和抗低周疲劳性能,基于Kelvin模型建立了粘滞-弹性阻尼器的恢复力模型,并对该模型进行了验证分析。研究结果表明:粘滞-弹性阻尼器具有良好的耗能性能和抗低周疲劳性能,工作性能稳定、密封性好;基于Kelvin模型建立的粘滞-弹性阻尼器的恢复力模型能够很好地反映阻尼器的实际受力情况,理论与试验滞回曲线吻合性良好;阻尼器能够同时附加刚度和阻尼,并可兼作限位保护装置,在动力或静力荷载作用下均能发挥作用。     

基于小波变换的高层建筑脉动风速模拟与实测研究

对某200m高的超高层建筑顶层实测风速及用传统的谐波叠加法得到的模拟风速分别进行了静态离散小波变换,通过对小波系数的概率密度、峭度及偏度分析,证明了传统模拟方法不能反映湍流的间歇性及局部自相似性。基于小波能量与目标风速谱的关系,利用实测风速及对数泊松模型,建立了基于静态离散小波变换的脉动风速时程模拟方法。实例模拟表明,该方法避免了传统离散小波重构所需要的上采样,且模拟数据符合统计检验,从而验证了方法的简便性和有效性。     

基于系统识别理论的磁流变阻尼器模型

磁流变阻尼器(MR damper)是一种新型的半主动结构振动控制装置。只要给该阻尼器输入很小的能量,它就能在极短的时间内(毫秒级)产生很大的力。这种阻尼器的性能可通过一组非线性微分方程来描述,物理参数包括位移、电压和力。给阻尼器输入位移和电压,阻尼器能产生一定的力。基于系统识别理论,采用ARX模型和优化神经网络技术对磁流变阻尼器的性能进行了仿真。训练后的神经网络能分别通过前向模型和反向模型精确地预测磁流变阻尼器的力和电压。把这样的神经网络用于控制系统,还能实现结构的主动控制。     

ANFIS技术实现磁流变阻尼器的逆向建模及其应用

提出一种利用自适应神经模糊推理系统(ANFIS)技术有效解决磁流变(MR)阻尼器所固有的高度非线性动特性问题的方法.基于ANFIS技术建立了对于工程应用至关重要的MR阻尼器的逆向智能模型,成功地辨识出描述其阻尼力-输入电压关系的逆向动特性.在此基础上提出了一种基于最优控制的智能半主动控制策略.数值仿真结果表明了本文所提出方法的有效性和实用性,将其应用于工程纬构振动控制,能够取得良好的效果.     

船舶螺旋桨避振器模拟装置试验研究

本文发展了其固有频率可由仓库空气压力和作力动吸振器质量的水的调节来控制的动吸振装置，作者了模型实验，试验结果显示了流体吸振器的有如下优点：（１）吸振器频率容易改变；（２）减振效果恒定，可靠；（３）装置费用经济，节约。     

半主动叶片式阻尼器的建模与实验研究

叶片式阻尼器是一种新型的耗能装置,用于吸收能量和减小振动,以实现系统的结构保护。该文提出一种用于直升机操纵系统减振的半主动叶片式阻尼器,通过电机带动调整螺钉以改变阻尼间隙的大小,进而实现对阻尼力矩的控制。基于MTS试验机对该阻尼器进行示功试验并研究其动态特性。为准确地跟踪该阻尼器高度非线性的力学特性,提出一种改进的双曲正切模型,并采用修正的自适应遗传算法对模型进行参数辨识。通过仿真数据和试验数据之间的误差分析,得出结论:与其它两种现有模型相比,改进的双曲正切模型能够更精准地模拟阻尼器的出力特性;将模型参数与电机位置之间的关系用多项式整合后,模型在不同工况下仍能保持一定的精度,表明此模型可用于半主动控制。     

钢铅粘弹性阻尼器试验研究

研制开发了一种钢铅粘弹性阻尼器,介绍了该种阻尼器的构造、耗能机理及特点,设计出钢铅粘弹性阻尼器试验模型,利用压剪试验机完成阻尼器试验模型在不同幅值下的低周反复荷载试验,采用Bouc-Wen 模型和双线性模型模拟了钢铅粘弹性阻尼器的滞回性能。研究结果表明:1) 钢铅粘弹性阻尼器滞回曲线光滑饱满,具有良好的耗能性能;2) 铅芯、钢芯和粘弹性材料在剪切变形过程中发挥了良好作用,提高了阻尼器水平剪力、初始刚度和耗能能力;3) 阻尼器在大变形过程没有出现粘弹性材料外鼓和撕裂现象,并能恢复到原始加载位置,其具有较好的大变形能力和自恢复性能;4) Bouc-Wen模型、双线性模型模拟的滞回曲线与试验滞回曲线吻合的较好,分析时采用Bouc-Wen模型、双线性模型模拟阻尼器的滞回性能是可行的。