多阶梯被动变阻尼装置设计、试验及结构风振控制分析

针对粘滞阻尼器出力范围窄,磁流变等变阻尼装置需能量输入和反馈控制的局限性,在前期单阶梯被动变阻尼装置研制基础上,设计制作了一种多阶梯被动变阻尼耗能装置（Multi-stage Passive Variable Damping Device,MPVDD）,该装置采用被动控制方式,在不同速度区间拥有不同的阻尼系数变化规律。对其进行了相关性能验证试验和基于该装置结构风振控制效果的数值计算,试验和分析表明：装置可根据外部激励速度变化,实时机械式改变阻尼系数,实现宽域值变阻尼力的输出,且不需外部能源供给和状态反馈;安装耗能装置高层结构风振下的加速度和位移响应均得到有效控制,保证了风载下结构的舒适性和安全性要求。所做研究为该装置的应用打下了良好的试验和理论基础。     

阻尼力双向调节磁流变阻尼器的性能测试与滞回模型

基于概念设计和理论分析,制作了4个阻尼力双向调节磁流变阻尼器的模型,并测试了模型阻尼器在不同输入电流状态下阻尼通道内的磁场分布以及力-位移和力-速度等性能曲线;通过对改进型Sigmoid模型的参数识别,建立了模型阻尼器的动力滞回模型。研究表明:模型阻尼器的磁路结构能够较好地实现阻尼力的双向调节,且阻尼通道内的磁场分布基本满足设计要求;模型阻尼器在零、最大正向和最大负向电流状态分别实现中等出力、最大出力和最小出力,且零电流状态的中等出力既能保证阻尼器的故障安全性能,又能防止磁流变液沉降;所建立的滞回模型简单、实用,且精度高。     

两种全通道有效磁流变阻尼器的设计及性能分析

传统磁流变(MR)阻尼器活塞需缠绕励磁线圈,因此阻尼通道1/2以上长度为无效长度,影响阻尼器的最大出力.针对上述问题,提出了两种磁路结构改进方案,根据改进的磁路结构,结合磁场有限元分析,完成了两种阻尼器的结构设计和磁路设计,并采用Binglaam平板模型对两种阻尼器出力状况进行预估,得到了阻尼器工作状态下的力-速度曲线,并比较了其性能.结果表明:改进的磁路结构切实可行,两种阻尼器与同尺寸传统MR阻尼器相比,提高了阻尼通道的有效长度,较好地实现了全通道有效,最大出力提高一倍以上;方案-阻尼器的阻尼力可调范围较大,方案二阻尼器在最大出力、防沉降性能和故障安全性能方面更具优势.     

全通道有效磁流变阻尼器的性能测试与滞回模型

传统剪切阀式磁流变阻尼器在活塞上缠绕励磁线圈,导致1/2以上长度阻尼通道无效,影响阻尼器的最大出力。为了克服上述缺陷,在前期概念设计和理论分析的基础上,制作了2个全通道有效的磁流变阻尼器模型,测试了其在不同电流输入状态下阻尼通道处的磁场分布以及力-位移、力-速度等力学性能曲线,并通过对改进型Sigmoid模型的参数识别建立了模型阻尼器的动力滞回模型。研究表明,模型阻尼器阻尼通道处的磁场分布与有限元分析结果基本符合,其磁路结构可较好地实现全通道有效;全通道有效磁流变阻尼器的最大阻尼力比传统剪切阀式磁流变阻尼器的最大阻尼力提高一倍以上,阻尼力调节系数提高70%以上;改进型Sigmoid模型结构形式简单,识别精度高,可作为全通道有效磁流变阻尼器的动力滞回模型。     

半主动液压减振器动态特性建模与试验研究

开发了一种具有阻尼切换功能的两级阻尼半主动液压减振器,利用MTS831对其动态特性进行了测试分析。基于流-固耦合有限元方法对该减振器的动态特性进行了建模与分析;计算结果表明,减振器阻尼力试验值与计算值偏差15%,为此验证了模型的正确性;分析了减振器油液的黏度、阻尼孔的直径等参数对减振器性能的影响。该试验方法与建模方法,可用于半主动液压减振器的开发与研究。     

自复位变阻尼耗能支撑的力学原理与性能研究

为解决现有自复位支撑起滑力大的问题,提出了一种新型自复位变阻尼耗能支撑。支撑采用组合碟簧提供复位能力,通过构造设计实现磁流变液变阻尼耗能。对其变阻尼特性进行了分析,建立了描述其滞回特性的恢复力模型,提出了基于性能需求的支撑设计边界条件。对支撑整体和阻尼耗能装置磁场进行了模拟,结果表明,支撑具有饱满的类旗型滞回曲线,起滑力小、无残余变形、拉压对称,能够兼顾不同振动强度下的性能需求,有效控制结构振动响应。分析了支撑设计参数对滞回性能的影响,为提高复位与耗能能力,设计时组合碟簧预压力应略大于初始阻尼力,同时应增大组合碟簧刚度、提高最大阻尼力、减小变阻尼区间。与现有自复位支撑相比,起滑力大幅降低、起滑刚度比增加,在相同自复位装置设计下等效粘滞阻尼比与最大承载力也有较大提高。     

两级压力式油气弹簧的非线性建模及其性能分析

为研究一种两级压力式油气弹簧的刚度及阻尼特性,考虑活塞与油腔内壁的动静摩擦力、油液压缩性等相关因素,结合理想气体状态方程建立油气弹簧的非线性数学模型,并运用MATLAB和LabVIEW软件揭示其输出力和阻尼力的变化规律。借用Origin软件处理模型仿真数据和试验数据,对比分析证明模型有效性,再通过改变其主要的设计参数得到相关的性能变化结果和关键设计参数对输出力和阻尼力的影响规律,可为两级压力式油气弹簧的刚度和阻尼匹配设计提供参考。     

钢弹簧隔振减震装置性能试验及其结构振动控制参数分析

近年来,由钢弹簧隔振器和阻尼筒组成的钢弹簧隔振减震装置,被用于地铁沿线建筑结构的振动控制。目前,该装置在多向控制性能测试试验和参数分析研究方面存在不足,实际工程中大多采用验算法来满足设计要求,设计过程在实用性和最优性上存在不足。研究分别从竖向和水平向上进行了钢弹簧隔振器压剪性能试验和阻尼筒耗能试验,分析得到隔振器力学性能参数和阻尼筒耗能性能参数;接着以应用该装置的20层Benchmark模型为研究对象,通过数值模拟计算分别对竖向环境激励和水平向罕遇地震动输入下,隔振减震装置参数对结构振动控制效果影响进行了系统分析,研究分别给出了装置中隔振器和阻尼器有效性能参数的取值范围。研究成果可为钢弹簧隔振减震装置的结构振动控制应用提供参考和指导。     

液压防后倾装置特性建模及起重机防后倾研究EI北大核心CSCD

为求解起重机突然卸载冲击液压防后倾装置的动态响应问题,提出一种液压防后倾装置特性建模方法。将液压防后倾装置简化为变阻尼缓冲模型,对模型的管路特性和插装阀特性分别进行理论分析,建立描述液压防后倾装置缓冲特性的一般方法。通过系列特性试验,分离缓冲力中的阻尼力分量,辨识出描述液压防后倾装置阻尼特性的参数。将液压防后倾装置模型作为随速度变化的虚拟力集成入起重机刚柔耦合模型中,构成起重机虚拟样机模型。通过起重机卸载冲击仿真,获得描述卸载载荷和阻尼力关系的仿真曲线,通过起重机防后倾试验,验证了仿真模型的准确性。这一试验建模方法为准确求解一类弹性结构与液压缓冲系统之间的复杂动力学响应提供参考。     

多孔流体阻尼式动力吸振器的动力学建模及实验研究

针对振动敏感型通信器件的低频减振问题,研究一种多孔流体阻尼式动力吸振器。通过建立吸振器动力学模型,确定动力吸振器刚度和阻尼的最优参数,分析阻尼孔参数对沿程阻尼力和局部阻尼力的影响规律,给出吸振器阻尼的设计方法。在介质分别为水和硅油的情况下,对动力吸振器减振性能进行实验验证,结果显示动力吸振器的吸振频率在1.6 Hz~2 Hz之间,随流体粘度增加,减振效果降低。主振质量吸振后的振动传递率最大可衰减53%左右,表明多孔流体阻尼动力吸振器对于低频振动有较好的抑制效果。     

双筒式液压减振器阻尼力建模与灵敏度分析

为提高减振器阻尼力输出的准确性及减振器性能可靠性,定量分析双筒式液压减振器尺寸参数及其公差、油液黏度等对阻尼力的影响。根据阻尼力的产生机理,建立了减振器复原行程中复原阀开启前、后的阻尼力模型和压缩行程中压缩阀开启前、后的阻尼力模型,利用MATLAB仿真得到了其示功图和速度特性图,并通过台架性能试验进行了验证。考虑到阻尼力模型的复杂性,采用ANSYS中的Design Exploration模块,利用响应面法得到了减振器各个参数的灵敏度,并针对油液黏度、阀系开启高度等影响较大的参数,考虑其随机性,利用蒙特卡洛抽样方法得到了减振器阻尼力的分布,从而为双筒式液压减振器的设计提供了依据,为进一步研究减振器的阻尼力退化及寿命评估奠定了基础。     

旁置孔隙阀式磁流变阻尼器阻尼力解析解

基于Bingham模型推导了磁流变液流经孔隙阀时流体的运动方程,孔隙阀式磁流变阻尼器阻尼力与阻尼器的结构参数、磁流变液的性能参数的关系为四次代数方程,应用代数方程理论得到了阻尼力的解析解,分析了磁流变液的黏度、屈服强度、磁流变阻尼器结构参数对阻尼性能的影响,本文的研究可用于指导阻尼器设计。     

放大型黏滞阻尼墙的力学性能与试验研究

该文提出一种多杠杆并联的放大型黏滞阻尼墙,根据放大型黏滞阻尼墙的构造和受力特点,分析了放大装置的竖向提拉效应,提出了普通型和放大型黏滞阻尼墙的阻尼力及耗能理论公式,并对装置的变形和耗能进行了分析。设计制作3倍位移放大型装置黏滞阻尼墙和普通黏滞阻尼墙的试验模型,并在正弦波的作用下进行往复加载试验,分析不同试验工况下黏滞阻尼墙的滞回耗能曲线,并将理论曲线与试验曲线进行了对比,验证了力学模型的正确性。在相同位移下,放大型黏滞阻尼墙比普通阻尼墙滞回曲线更加饱满、耗能更为显著。最后以三层混凝土框架结构为计算模型进行减震分析,确认了考虑竖向提拉效应的放大型黏滞阻尼墙的减震效果。     

基于结构阻尼的机械结合部动力学模型研究

机械结合部的阻尼由连接界面之间的相对滑动产生,为结构阻尼,因此提出了一种基于结构阻尼的结合部动力学模型。该模型通过刚度和结构阻尼对机械结合部进行等效,模拟结合部的动力学特性。为了对模型进行验证,设计了一组试验进行研究。首先利用DASP系统对试验件进行模态试验,得到模态参数和模态振型,然后根据模态试验数据识别机械结合部动力学参数。基于新模型的有限元复特征值分析结果与模态试验分析结果误差较小,表明结合部动力学模型在设置适宜的参数时,能够模拟机械结合部的动力学特性,验证了模型的可行性。     

核电厂隔震结构附加侧向阻尼系统分析模型及减震效果

提出对半埋置/全埋置小堆三维隔震结构附加侧向黏滞阻尼的混合控制系统,达到同时控制水平加速度、水平位移以及摇摆反应且不影响竖向隔震效果的目的。基于隔震层及侧向阻尼系统变形分析,建立考虑隔震层平动及摇摆的耦合效应和侧向阻尼器协调转动变形的刚体动力学模型。基于RG1.60谱选取30条地震输入信号开展参数分析,探究阻尼布置参数、附加阻尼力参数及阻尼滞回形状参数对减震效应的影响。研究发现合理的附加阻尼力与隔震层出力比值区间为10%～20%,最优参数下水平加速度位移可同时分别减小20%,40%,最大摇摆反应减小70%。选取合理阻尼参数对某真实核电厂模型进行案例分析,摇摆角、加速度、隔震层位移等地震响应指标均减小,边支座受拉现象消失,案例数值模拟结果与参数分析规律一致,也与理论分析吻合。     

隔震结构基于阻尼负刚度装置的地震响应研究

基于负刚度原理设计了一种利用预压弹簧和斜向转动提供与位移变形方向一致荷载,实现负刚度效应的阻尼负刚度装置,并对其进行了参数影响分析;对负刚度装置进行力学模型验证试验,试验结果表明理论力学模型与试验力学模型吻合较好;通过双线性与负刚度模型得到附带阻尼负刚度装置隔震系统力学模型;对阻尼负刚度隔震结构进行长短周期地震响应分析,结果表明该装置不仅能够减小长短周期地震作用下上部结构的加速度响应,而且可控制隔震层的位移响应,提升了隔震效率。     

考虑泄漏和温度效应的黏滞阻尼器性能演变研究

黏滞阻尼器作为一种广泛使用的被动减振/震装置,其力学性能在全寿命周期内会发生演变。为探究其力学参数改变模式,揭示其性能演变机理,以油液泄漏和温度效应为主要影响因素开展了试验及仿真研究。首先,对不同漏油程度和环境温度下的黏滞阻尼器分别开展了滞回试验研究和黏温关系分析;其次,对黏滞阻尼器进行了流体动力学仿真,获得其性能演变规律;最后,建立了漏油与温度联合作用下黏滞阻尼器性能演变的力学模型,并对其进行了验证。研究结果表明,油液泄漏将导致滞回圈出现零力平台段,且平台长度与漏油比例成正比;温度升高会导致阻尼系数的减小,从而影响阻尼力峰值;所建立的性能演变模型能够较为精确地反映黏滞阻尼器力学性能的改变。     

车用双向筒式液压减振器阻尼孔阻尼特性分析

减振器是汽车悬架系统的重要组件,其减振效果主要受减振器阻尼孔阻尼特性的影响。基于Fluent建立减振器阻尼孔阻尼特性有限元分析模型,采用正交试验设计、方差分析和单因素分析法,探索阻尼孔几何特征参数、油液黏度及活塞运动速度对减振器阻尼孔阻尼力的影响规律。研究结果表明:1)阻尼孔直径与活塞运动速度对阻尼力有显著影响,阻尼孔长度与油液黏度的影响相对不显著;2)在给定参数条件下,阻尼力随阻尼孔直径增加而减小,随活塞运动速度增加而增加。阻尼孔直径越小,活塞运动速度越快,两者对阻尼力的影响越显著,减振器振幅衰减速度越快;3)阻尼力除受油液流经阻尼孔时流层间的内摩擦力影响外,还受流动状态影响,雷诺数超过一定值时阻尼力会增加;4)阻尼力随活塞运动速度变化的调整范围随阻尼孔直径的增加而收窄,且调整范围的降幅趋于平缓;阻尼力随阻尼孔直径变化的调整范围及其增幅均随活塞运动速度的增加而增加。     

金属橡胶/碟簧叠层复合结构阻尼特性及其非对称迟滞模型参数识别

针对碟簧(disc springs, DS)、橡胶–碟簧等结构的阻尼性能差以及抗高温等恶劣环境能力弱,采用正弦力激励法对添加弹性阻尼金属橡胶(entangled metallic wire material, EMWM)后的叠层复合结构进行试验研究。以耗能量、损耗因子和动态平均刚度为评价指标,分析了不同激励条件和不同金属橡胶密度对金属橡胶/碟簧叠层复合结构阻尼性能的影响。基于迹法等效阻尼模型,考虑弹性恢复力和阻尼力随变形幅值、频率的变化规律,用参数分解识别法建立该复合结构在一定载荷下的非对称迟滞模型。结果表明,预测的滞回曲线与实测曲线吻合度高,参数识别精度能够满足工程应用的要求。     

可调阻尼减振器外特性仿真与性能分析

研制了一种用于车辆半主动悬架的可调阻尼减振器, 阐述了该减振器的结构形式和工作原理。基于流体力学和弹性力学理论,提出并应用并联管路节流压差和串并混联管路各分支流量计算方法,利用环形薄板阀片受均布载荷作用时的挠曲变形解析式,建立了可调阻尼减振器的详细数学模型。在MATLAB环境下对模型进行仿真研究,仿真结果与试验结果符合较好。同时用该模型分析了“回油管路”结构参数对减振器阻尼力的影响规律,得出的结论为可调阻尼减振器的设计和性能预测提供一定的技术支持。