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。     

聚苯胺体系电流变流体的阻尼机理及阻尼模型研究

对聚苯胺体系电流变流体在正弦信号作用下的阻尼力响应及其频谱特性进行了理论和实验研究。提出电流变流体的非线性阻尼力的频谱是由基频和频率为基频奇数倍的高次谐波分量组成。建立了由粘性阻尼和迟滞阻尼组成的电流变流体阻尼模型，通过对模型的傅立叶变换及数值仿真，验证了理论分析及阻尼模型的正确性。     

电流变液滑动轴承的数值研究

基于油膜内屈服面位置可能出现的4种情况，Tichy提出了用于Bingham流体滑动轴承特性及其屈服面位置的计算方法，在将该计算方法推广到电流变液滑动轴承的计算时，发现随着外加电场强度的变形，出现了轴承风屈服面位置不变的非物理结果，而且Tichy的方法只能适用于无限宽滑动轴承，为了对有限宽度的电流变液滑动轴承进行数值研究，采用了类Bingham模型，通过差分离散和超松驰迭代的方法对雷诺方程进行求解，计算结果表明：电流变流滑动轴承内的压力分布可以通过外加电场强度来控制，轴承间隙内屈服面位置随电场强度变化而产生的移动是使轴承润滑性能得以改变的重要力学机制；在轴承以高剪切速率运转时，由于电流变液表观黏度随电场强度的变化已经很小，该机制在轴承的设计中尤为重要。     

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。     

电流变液与压电陶瓷复合的自耦合阻尼器

基于智能结构的思想,率先提出设计制作电流变液和压电陶瓷复合的自耦合阻尼器．相比于通常的电流变液阻尼器,该自耦合阻尼器采用压电陶瓷响应外界振动而输出高电压,激励电流变液体工作,从而省去了外加高压电源．随外作用力变化,激励电流变液的压电陶瓷电压自动改变,阻尼器具有自适应的特征,省去了通常的计算机等控制系统．研制的第1代电流变液／压电陶瓷阻尼器实现了自适应的控制过程,显示了良好的减振性能．在第2代产品中采用了新的设计,提高了阻尼器的结构稳定性和可靠性,使阻尼器整体性能得到提高．     

周期变速旋转运动电流变夹层梁的参激振动

采用多尺度法对周期变速旋转运动电流变夹层梁的动力稳定性进行了研究. 假设电流变夹层梁绕固定轴线做随时间变化的简谐周期运动,将变速度转动梁作为一个时变参激振动系统,分析了不同结构和控制参数对失稳区域的影响. 仿真结果表明,改变外加控制电场强度的大小和梁的结构参数,可改变旋转电流变夹层梁发生动力失稳的临界角速度和失稳区域. 故在一定的条件下,可以通过控制作用于电流变夹层梁的电场强度来调节旋转运动柔性梁的振动特性,提高结构的动力稳定性.      

断油时挤压油膜阻尼器的空气气穴流型及减振特性实验研究

针对挤压油膜阻尼器在断油的工况下开展实验研究,考察阻尼器的气穴现象及其对阻尼器减振特性的影响,结果表明在供油压力较低的工况下,当轴径偏心率仅为0.13时,阻尼器便从外界吸入空气到阻尼器油腔内,气液两相流的流型呈周期性变化,且多为非均相流;在气穴的影响下,阻尼器油腔内出现恒压区,油膜压力大幅减小;等效油膜阻尼系数呈周期性变化,阻尼效果减弱;阻尼器轴径偏心率越大,空气吸入量越大,阻尼器的油膜压力和等效阻尼系数越低。     

大应变率范围内AM80镁合金的变形行为及组织演变

采用INSTRON准静态压缩试验机和分离式霍普金森压杆装置，研究固溶态AM80镁合金在室温准静态和冲击载荷下的变形行为及组织演变。准静态载荷下，流变应力随应变率（3×10-5~4×10-1 s-1）的升高逐渐降低，表现为负应变率敏感性；冲击载荷下，流变应力随应变率（7.00×102~5.20×103 s-1）的升高而升高，呈现出明显的正应变率敏感性。冲击载荷下AM80镁合金的变形机制以基面滑移和孪生为主，大量细小致密的形变孪生以及适量非基面滑移的启动是AM80镁合金在冲击载荷下流变应力明显高于准静态载荷的重要原因。此外，随应变率的升高，AM80镁合金变形的均匀性明显增强，当应变速率升至3.65×103 s-1时，冲击变形所引起的局部绝热温升软化大于应变硬化与应变速率硬化的总和，部分晶粒产生了明显的动态回复，使得孪晶密度和变形均匀性反而降低。     

NiTi合金力学和阻尼性质研究及伪弹性退化分析

试验考察了NiTi合金在不同应变幅值循环载荷作用下的力学特性和阻尼性能,并引入了残余内应力分析伪弹性退化机理。用马氏体相变开始应力、残余应变等参数表征NiTi合金伪弹性特征,用等效阻尼比表征NiTi合金的阻尼性能。试验结果分析表明:应变幅值增加会加快NiTi合金伪弹性随循环次数的退化;当应变幅值处于马氏体相变开始和结束应变之间时,不同应变幅值下NiTi合金的马氏体相变平台随循环次数增加同步降低,且当NiTi合金在相变中段卸载时其阻尼性能最好;结合残余内应力与残余应变正相关线性关系可分析NiTi合金伪弹性退化内在机理。该研究可为循环载荷下NiTi合金伪弹性行为的准确描述提供依据,并可为NiTi合金阻尼器的设计提供参考。     

63Sn-37Pb钎料合金在非比例循环加载下的非弹性流动特性研究

基于63Sn-37Pb钎料舍金在多种非比例应变循环加载下的实验结果,通过考察材料的非弹性应变率与偏应力之间的夹角随累积非弹性应变的变化规律,对63Sn-37Pb钎料合金的非弹性流动特性进行了定量分析。分析结果显示：在相同的非比例加载路径下,当加载等效应变幅值相同时,等效应变率越高,非弹性应变率与偏应力之间夹角平均水平越低,当等效应变率相同时,等效应变幅值越大,相应的夹角平均水平越低;在保持时间范围内,非弹性应变率方向与偏应力方向趋于一致;当非比例路径形状不同时,其非弹性应变率与偏应力之间的夹角随累积非弹性应变的变化趋势明显不同。研究表明,材料的非弹性流动特性强烈依赖于等效应变幅值、等效应变率、保持时间、非比例路径形状。     

采动区建筑物抗变形隔震装置的力学性能分析

介绍了采动区建筑物抗变形隔震装置的基本构成,并基于地震工程学和开采沉陷学的原理对抗变形隔震支座进行了理论分析,通过实验对采动区抗变形隔震支座在低周反复荷载作用下的滞回耗能特性进行了分析。结果显示,在低周循环荷载作用下采动区抗变形隔震支座的滞回耗能曲线饱满,表明其良好的自复位、耗能能力和变形能力大、稳定的滞回性能等特点,说明抗变形隔震支座的传力机制明确、构造比较合理。隔震支座充分利用了铅芯橡胶、粘滞阻尼器和蝶形弹簧三种不同的耗能材料和耗能机制,其适宜的水平隔震刚度和阻尼耗能性能、竖向能够抵抗不均匀沉降,充分体现了其良好的整体稳定性。该抗变形隔震支座有效的改善了采动区建筑抵抗煤矿采动损害和震害的能力,为采动区建筑物保护提供科学方法和依据。     

基于等效阻尼理论的金属橡胶弹性迟滞力学模型及实验研究

针对弹性多孔金属橡胶非线性迟滞特性力学行为,将迟滞恢复力-位移曲线分解为非线性单值曲线和椭圆,并将等效阻尼理论用于动态力学性能参数识别,从而建立了一种新型的适用于黏弹性阻尼材料的宏观唯象力学模型。采用不同相对密度的环形金属橡胶进行动态实验测试,以验证理论模型的准确性,结果表明该模型可将具有非线性特性的金属橡胶系统进行降阶处理,提高金属橡胶力学模型的预测效率,并能很好地描述金属橡胶的迟滞力学行为。另外,研究了在不同激励频率条件下金属橡胶的阻尼耗能特性。实验结果表明:在高频加载的条件下,黏性阻尼系数对动态加载频率不敏感,阻尼耗能与加载幅值之间呈线性正相关。基于等效阻尼理论的弹性迟滞力学模型具有一定的普适性,可进一步推广应用于类似弹性多孔材料的力学性能表征,为其工程应用提供理论基础。     

考虑结点耗能的导管架平台的动力响应分析

为了降低导管架平台的动力响应，可在导管架平台的连接结点之间加入能量耗散材料。本文以将管接点和能量耗散材料理想化为由转动弹簧和转动阻尼器并联组成的等效单元，结合有限元和动力刚度法推导了其刚度、质量和阻尼矩阵。采用复模态分析和虚拟激励法分析了三维导管架平台的动力特性和随机地震响应，讨论了刚度系数和转动阻尼系数对动力特性和减震效果的影响。算例结果表明，适当选择转动阻尼系数可显著增加结构模态阻尼比和降低结构地震响应。此单元可方便地与通用的结构有限元程序配合，对三维平台结构进行动力分析。     

Rheological–dynamical analogy: Prediction of damping parameters of hysteresis damper

This research aims to predict the damping parameters of hysteresis damper based on an analytical rheological–dynamical (RDA) visco-elasto-plastic solution of one-dimensional longitudinal continuous vibrations of a bar. A visco-elasto-plastic bar or damper is an energy dissipation device. An attempt is made to estimate quantitatively the influence of material physical parameters of materials on the damping ratio in both the linear visco-elastic analysis and the nonlinear visco-elasto-plastic analysis of damper subjected to external vibration forces. Two types of damping are considered: viscous damping in the case of linear analysis, defined as stiffness and/or mass proportional and, in the case of nonlinear analysis, hysteresis damping caused by inelastic deformations of damper. Owing to the visco-elastic nature of the materials of the damper and the frequency dependence of the viscous damping ratio ξ, it is useful to consider separately the situations arising when ξ is positive (the system is stable) and when it is negative. A negative damping ratio means that the complementary solution of the response would not die away (the system is unstable because of factor e^{ξ · ω · t}). In the case of nonlinear analysis, the force–displacement relation is nonlinear, so it is very difficult to predict the actual damping and stiffness coefficients, even if the force–displacement characteristic is simply perfect elasto-plastic. Using the RDA method, which takes into account the rate of release of visco-elasto-plastic energy of the dissipation devices; nonlinear behaviors are linearized, enabling to obtain the equivalent damping and stiffness coefficients and the effective period for the damper.     

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。     

四种不同约束形式隔板式铅耗能器的试验研究

铅耗能器主要利用金属铅塑性耗能,是一种构造简单、耗能性能优良而又经济的耗能减震元件。本文提出了一种隔板式铅耗能器。根据其构造和耗能原理,设计了四种不同约束形式的耗能元件,并通过EHF-EM电液伺服疲劳试验机进行了低周循环试验,分析了这四种约束形式对隔板式铅耗能器的力学性能与耗能性能的影响,揭示了其耗能机制。研究结果表明:隔板式铅耗能器主要具有屈服位移小、造价低廉、构造简单、工作性能稳定、耗能性能优良的特点,在建筑结构和大型机械减振控制方面具有广泛的应用前景;对比分析表明,其中B型耗能器力学性能尤为优越,耗能能力大且随位移增大刚度增强,同时对结构振动还具有限位功能。     

Research on linear/nonlinear viscous damping and hysteretic damping in nonlinear vibration isolation systems

A nonlinear vibration isolation system is promising to provide a high-efficient broadband isolation performance. In this paper, a generalized vibration isolation system is established with nonlinear stiffness, nonlinear viscous damping, and Bouc-Wen(BW)hysteretic damping. An approximate analytical analysis is performed based on a harmonic balance method(HBM) and an alternating frequency/time(AFT) domain technique.To evaluate the damping effect, a generalized equivalent damping ratio is defined with the stiffness-varying characteristics. A comprehensive comparison of different kinds of damping is made through numerical simulations. It is found that the damping ratio of the linear damping is related to the stiffness-varying characteristics while the damping ratios of two kinds of nonlinear damping are related to the responding amplitudes. The linear damping, hysteretic damping, and nonlinear viscous damping are suitable for the small-amplitude, medium-amplitude, and large-amplitude conditions, respectively. The hysteretic damping has an extra advantage of broadband isolation.     

高效耗能黏弹性阻尼框架结构减震性能研究

提出了高效耗能黏弹性阻尼器,研究了该阻尼器对框架结构的减震机理。首先给出了高效耗能黏弹性阻尼器的结构构造,推导了小震、大震与巨震作用下的阻尼放大系数计算公式,由此分析了该放大系数的变化规律。此外,还推导了设置高效耗能黏弹性阻尼框架结构的等效阻尼比。分析表明,框架结构设置高效耗能黏弹性阻尼器在阻尼等效前后顶部位移反应时程曲线相差不超过10%。     

基于胡聿贤谱的带支撑广义Maxwell阻尼隔震结构随机响应分析

工程中通过设置支撑将阻尼器和建筑结构连接, 但常为了简化分析, 将支撑的水平刚度看成无穷大, 即不考虑支撑对耗能结构随机地震响应的影响. 实际上, 考虑有限水平刚度的支撑对耗能结构响应的影响更加符合工程实际, 为考虑支撑影响的广义Maxwell耗能隔震结构在胡聿贤谱地震激励下的响应分析, 提出一种求解随机地震响应的简明解析解法. 将带支撑广义Maxwell阻尼器等效本构关系、隔震结构运动方程以及胡聿贤谱滤波方程联合组成非经典阻尼系统, 运用复模态法对该非经典阻尼系统解耦, 通过不同响应模态获得耗能隔震系统系列响应基于白噪声激励的Duhamel积分表达式; 利用Dirac函数的性质, 将系统系列响应协方差简化为无积分运算的表达式, 根据功率谱密度函数与其协方差函数的Wiener-Khinchin关系, 得到耗能隔震系统系列响应功率谱和地面加速度功率谱, 基于随机振动理论中谱矩的定义, 得到耗能隔震系统系列响应0 ~ 2阶谱矩. 算例通过与虚拟激励法对比分析, 验证所提方法在该耗能隔震系统分析的正确性和高效性, 并讨论了不同支撑刚度对阻尼器减震效果的影响.      

阻尼耗能减振框架结构地震作用振动方程求解及地震反应分析Calculation of vibration equation and analysis of seismic response for damping energy dissipation frame structure

研究了设置耗能阻尼器框架的地震作用振动方程求解及该结构的地震反应。框架结构设置耗能阻尼器后,振动方程的阻尼矩阵不再对振型具有正交性,本文对该振动方程给出了状态方程直接积分法,并与传统强制解耦法进行了比较分析,结果表明强制解耦法对结构第一阶振动反应求解偏差较小,而对于高阶振动反应差别较大,并且强制解耦法高估了阻尼器的减震效果。继而采用状态方程直接积分法对设置有粘滞阻尼器的框架结构进行了地震反应分析,探讨了阻尼器位置对框架结构地震反应的影响,结果表明设置有阻尼器的楼层减振效果明显,未设置阻尼器的楼层减振效果差别较大,甚至有可能出现楼层层间侧移增大的现象,由此提出耗能阻尼器应在结构中合理设置。