三种电流变阻尼器阻尼特性的对比分析

首先简要地介绍了电流变体材料以及电流变阻尼器的基本概念,进而阐明了剪切模式电流变阻尼器、流动模式电流变阻尼器和复合模式电流变阻尼器的工作原理。最后,应用非牛顿流体力学理论给出了它们的阻尼力模型,并对其各自的阻尼特性进行了一些理论分析和探讨。     

电流变阻尼器的动态特性实验研究

设计制造了一种多层滑动极板式电流变阻尼器，使用自制的电流变液，采用正弦激励，进行了这种电流变阻尼器的阻尼特性试验。研究了电流变阻尼器的载荷－位移迟滞特性和载荷－速率迟滞特性，同时研究分析了这种电流变阻尼器的周期能耗特性及等效粘性阻尼特性。结果表明，阻尼器的周期能耗量随外加电场强度的增加而增加，外加电场强度越大，阻尼器的等效阻尼系数越大。阻尼器的阻尼特性体现为库仑阻尼和粘性阻尼的组合，其中随外加电场强度可控的主要是库仑阻尼力，而且库仑阻尼力不仅与外加强度有关，也与阻尼器的运动速度有关。该阻尼器系统是一个强非线性系统，极板间电流变液在低剪切应变率时表现为Bingham塑性流体，在高剪切应变率时流变性态比较复杂，导致载荷－速率迟滞环出现多区域闭合现象。     

电流变阻尼器动力特性的研究

电流变液是一种可控流体，它在电场的作用下可从牛顿流体变为屈服剪应力较高的粘塑性体，且这种变化连续，可逆，迅速。本文在简要介绍了电流变阻尼器的原理和特点后，就电流变阻尼器的动力特性，如流量和阻尼力等，建立模型，将流体流动分为剪切流动和压差流动两种情况进行了讨论，并进行迭加，使流量和阻尼计算公式得到修正和完善，最后对阻尼力进行简化，提出压差流动占绝对优势，完全可以反映电流变阻尼器的阻尼特性，为进一步实现对阻尼器的控制提供了理论基础。     

非比例阻尼体系等效Rayleigh阻尼模型时域计算方法

Rayleigh阻尼模型具有数学简易性的优点，应用广泛，其阻尼矩阵构造依赖于结构模态阻尼比。结构阻尼(复阻尼)模型的阻尼矩阵直接由材料损耗因子和刚度矩阵决定，在非比例阻尼体系中具有阻尼矩阵便于构造的优点，但存在时域计算结果发散、初值条件不易确定和频响函数非因果等缺陷。本研究结合两种阻尼模型的优点，分别依据阻尼衰减和阻尼耗能，提出了与结构阻尼模型等效的Rayleigh阻尼模型。算例分析结果表明：等效Rayleigh阻尼模型克服了结构阻尼模型的缺陷，同时保留了非比例阻尼体系中阻尼矩阵易构造的优点；与基于阻尼衰减等效的Rayleigh阻尼模型相比，基于阻尼耗能等效的Rayleigh阻尼模型计算结果近似相等，但避免了复模态分析，且计算过程直观简单。     

地铁引发地面振动分析中阻尼矩阵构成模式的探讨

以某地铁区间线路为例,建立二维有限元分析模型,通过数值计算,分析了瑞利阻尼和柯西阻尼两种阻尼矩阵构成模式对地铁引发地面振动响应计算结果的影响,并与采用滞后阻尼假定的频域解进行了比较,讨论并提出了不同阻尼矩阵构成模式在地铁引发地面振动分析中的适用范围及有效性.数值结果表明:在地铁振动分析中,应选择结构基频和荷载卓越频率作为控制频率来确定阻尼瑞利矩阵.与瑞利阻尼模型相比,应用柯西阻尼模型能达到较好的计算精度,但会增大动力分析的计算量.     

基于卷积非粘滞阻尼模型的超高层结构风效应分析

有限元方法中相对于对结构质量与刚度特性的描述,结构阻尼的描述仍具有较大的模糊性。随着新型建筑材料与复杂结构体系的发展,以及对计算机模拟要求的提高,阻尼作用的机理与相应阻尼模型的研究成为值得关注的问题。基于一种阻尼力与质点速度历程相关的卷积非粘滞阻尼模型,采用微分求积求解算法,对一个大型复杂超高层建筑结构的风振响应进行了分析,并与常用的比例粘滞阻尼模型进行了对比。对卷积非粘滞阻尼力模型系统的响应特征进行了分析,特别是该模型的松弛效应对结构响应的影响。另外,作为将这种新阻尼模型应用于实际工程的一次探索,本文采用微分求积算法,建立了一套可将该阻尼模型及其求解算法嵌入通用有限元软件的求解系统,可用于复杂结构的动力响应分析。     

基于微分求积法求解非粘滞阻尼系统的时程响应

研究一种含有指数型非粘滞阻尼线性多自由度振动系统的时程分析问题。该非粘滞阻尼模型假设阻尼力与质点速度的时间历程相关,数学表述为质点速度与核函数的卷积。由于阻尼模型的改变,常用的数值积分方法（如Newmark-β法、Wilson-θ法）不能直接应用于这种非粘滞阻尼系统。基于一种无条件稳定的微分求积方法,给出了这种非粘滞阻...     

气动阻尼对高层建筑横风向风振响应的影响

引入横风力谱模型，分析了某高宽比为6 的方形截面高层建筑在不同地貌和风速条件下的横风向风振响应. 同时考虑正气动阻尼的影 响，获得该建筑在不同自振基频下的风振响应及气动阻尼影响的规律. 分析结果表 明，对于处于低粗糙度地貌并受较高风速作用的低频建筑物，当计算其横风向风振响应时，应适当考虑 正气动阻尼的影响，使计算结果更具真实性.     

流体阻尼器中粘性发热的反馈作用与热平衡研究

主要针对长阻尼孔形式下的流体阻尼器进行分析,在三参数模型的基础上研究了流体粘性发热对流体阻尼力的反馈作用,从而建立了含热能转换与热交换的阻尼器的动力学模型,同时对系统的热平衡状态进行了分析。最后通过数值分析对该时变系统从时域和频域上讨论了粘性发热对隔振效果的影响,发现温度变化对共振频率的漂移及幅值大小的影响较大。     

非粘滞阻尼系统时程响应分析的精细积分方法

考虑一个具有非粘滞阻尼特性的多自由度系统响应的时程分析问题.该非粘滞阻尼模型假设阻尼力与质点速度的时间历程相关,数学表达式体现为阻尼力等于质点速度与某一核函数的卷积.在利用状态空间方法将系统运动方程转换成一阶的状态方程的基础上,采用精细积分方法对状态方程进行数值求解,得到一种求解该阻尼系统时程响应的精确、高效的计算方法.通过两个数值算例表明,采用该方法得到几乎精确的数值计算结果,而且计算效率有成数量级的提高.     

机械结合面切向接触阻尼计算模型

针对两粗糙表面在法向力和切向力共同作用下相互接触时结合面切向阻尼的问题进行了研究。首先,根据KE模型对单个微凸体在弹性、弹塑性、塑性变形阶段的切向接触行为进行了分析,获得了微凸体在三个变形阶段的黏滑特性;然后,基于GW统计模型建立了一种在微凸体法向弹性、弹塑性和塑性变形机制基础上,考虑微凸体黏滑摩擦行为的机械结合面切向接触阻尼统计模型;最后,分别讨论了机械结合面的法向预载荷、切向激振频率和切向动态位移幅值对机械结合面切向阻尼的影响。研究表明:结合面切向接触阻尼系数随着结合面法向载荷的增大而增大,随着切向激振频率和切向动态位移幅值的增大而减小;在高频率、大幅值下,结合面切向接触阻尼系数几乎与动态位移幅值和激振频率无关。为了验证模型的准确性,构建了动态切向力作用下的结合面切向阻尼试验,其试验结果与理论仿真变化规律与量级基本一致,从而证明了本文所提出的切向阻尼模型的有效性。      

关于复阻尼理论的两个基本问题

本文讨论有关复阻尼理论的两个重要的基本问题:复阻尼的实质问题和复阻尼结构动力响应的时域解法问题.为探究这两个问题,先建立了频率相关粘性阻尼理论,然后再给出复阻尼振子强迫振动响应的正确和适用的解答.     

APPROXIMATE SOLUTIONS FOR TRANSIENT RESPONSE OF CONSTRAINED DAMPING LAMINATED CANTILEVER PLATE

The series composed by beam mode function is used to approximate the displacement function of constrained damping of laminated cantilever plates, and the transverse deformation of the plate on which a concentrated force is acted is calculated using the principle of virtual work.By solving Lagrange＇s equation, the frequencies and model loss factors of free vibration of the plate are obtained, then the transient response of constrained damping of laminated cantilever plate is obtained, when the concentrated force is withdrawn suddenly.The theoretical calculations are compared with the experimental data, the results show：both the frequencies and the response time of theoretical calculation and its variational law with the parameters of the damping layer are identical with experimental results.Also, the response time of steel cantilever plate, unconstrained damping cantilever plate and constrained damping cantilever plate are brought into comparison, which shows that the constrained damping structure can effectively suppress the vibration.     

高阻尼混凝土剪切阻尼性能的测试装置设计

高阻尼混凝土的阻尼性能与工作频率紧密相关, 以往测试材料阻尼性能的黏弹谱仪或 动态力学分析仪, 无法测试如混凝土之类大尺寸材料的剪切阻尼性能. 针对高阻尼素混凝土 剪切直杆, 采用复阻尼模型, 建立剪切振动方程, 通过振型分解法求得简谐荷载激励下杆端 稳态位移反应, 得到了混凝土材料剪切阻尼性能的测试公式, 并设计了相应的阻尼测试装置. 该测试装置为研究混凝土类大尺寸材料的剪切阻尼性能和阻尼机理奠定了重要基础.     

FLUID DAMPING OF AN ELASTIC CYLINDER IN A CROSS-FLOW

Damping characteristics of fluid–structure systems are difficult to measure or calculate. In the past, such data have been rather scarce. This study reports an attempt on the use of a numerical approach to derive damping ratios related to fluid–structure interactions. It is based on an autoregressive moving-average (ARMA) method, which is used to analyse the displacement time series obtained from a numerical simulation of an elastic cylinder in a uniform cross-flow. The damping ratios show a similar trend to those obtained in previous experiments. An alternative way to deduce damping ratios is to decompose the transverse force in the structural dynamics equation into a drag (or out-of-phase) and an inertia (or in-phase) component for analysis. The damping thus deduced is in fair agreement with that obtained from ARMA; however, at or near synchronization, where the natural frequency of the stationary cylinder is close to the vortex shedding frequency, there is a very substantial difference between the two results.     

基于FPK方程的减摆器的非线性阻尼测试方法

受高斯白噪声外激的一阶非线性动力学方程能通过求解对应的FPK方程得到精确稳态解．本文基于这一结果导出减摆器非线性阻尼力与系统速度输出的概率结构的关系,将动力学系统中非线性阻尼力参数的测试问题转化测量系统的概率结构,并通过仿真进行了验证．     

基于频率相关黏性阻尼模型的复模态叠加法

黏性阻尼模型存在每周期耗散能量与外激励频率相关的缺陷, 复阻尼模型时域计算结果存在发散现象. 为克服上述两种阻尼模型的不足, 在复阻尼模型基础上, 依据时频域转化原则推导了频率相关黏性阻尼模型. 频率相关黏性阻尼模型不仅具有每周期耗散能量与外激励频率无关的优点, 还保证了结构位移时程的稳定收敛. 混合结构由具有不同阻尼特性的材料组成, 其阻尼矩阵为非比例矩阵, 无法直接采用实模态叠加法. 根据频率相关黏性阻尼模型与复阻尼模型的转换关系, 提出了适用于混合结构的基于频率相关黏性阻尼模型的复模态叠加法. 算例分析结果表明, 与基于黏性阻尼模型的复模态叠加法相比, 基于频率相关黏性阻尼模型的复模态叠加法不仅计算结果唯一, 且不增加矩阵维度, 具有较高的计算效率. 小阻尼情况下, 两种方法的计算结果近似相等, 且与复阻尼模型的频域计算结果一致. 当阻尼比较大时, 两种方法的计算结果差异增大, 但频率相关黏性阻尼模型的复模态叠加法与复阻尼模型的频域计算结果仍保持一致.      

DEPENDENCE OF DAMPING CHARACTERISTICS OF A BEAM WITH DAMPING RUBBER MAGNETIC POWDER ON RUBBER PROPERTY

A cantilever beam with Damping Material Applying Rubber Magnetic Powder （DRM） has been investigated. Two methods are selected to hold DRM to a vibrating steel beam, one is to attach DRM by the magnetic attractive force （called DRM beam） and the other by adhesive bonding （called AB-DRM beam）. Different from the damping property of AB-DRM beam caused by shear deformation of damping material, the damping property of DRM beam is characterized by the sliding frictional loss together with the internal loss of damping material. The authors established a formulation to predict the damping characteristics of DRM beam, which was validated experimentally. It is found that rubber material loss factor β has a decisive influence on damping improvement of DRM beam versus AB-DRM beam. If β is smaller than the critical value around 0.8255, a valid range of vibratory amplitude always exists in which DRM beam can achieve better damping than AB-DRM beam; conversely, if β is bigger than the critical value, the valid range does not exist when slide occurs. Such results are used to determine the merits and limitations of DRM and develop design guidelines.