调节阀式低指数液压粘滞阻尼器的阻尼算法与设计

摘要

液压粘滞阻尼器是一种减振耗能装置，通过安装在建筑物内部来实现对结构的保护，提高其抗风、抗震能力，在工程领域中被广泛应用。而对于不同的工程情况，需要用到不同类型的粘滞阻尼器，常用的阻尼器速度指数范围是0.3-1.0，速度指数越低，阻尼器可工作的速度范围越宽，耗能能力越强。本文主要以速度指数为0.3的调节阀式液压粘滞阻尼器为对象，通过理论分析与实验测试的方法进行研究。 目前，粘滞阻尼器的阻尼介质常选用二甲基硅油，属于典型的剪切稀化流体，其动力粘度随剪切速率增大呈非线性降低，因此阻尼器的阻尼损失随活塞速度增加亦表现出强烈的非线性，这使得精确计算粘滞阻尼器的速度负载特性变得极为困难。为计算工作介质流经阻尼孔时产生的压力损失，基于伯努利方程，结合二甲基硅油的剪切稀化效应，建立了阻尼孔的压力损失计算公式。通过对比实验结果发现，理论分析与实验结果的相对误差基本维持在±10%以内（低于行业标准所规定的±15%），验证了理论分析方法的正确性。 采用溢流阀与阻尼孔串联的结构形式，根据阻尼损失计算公式，设计了两款调节阀式阻尼器，对实验数据分析得出，两种阻尼器的滞回曲线均存在“尖点”现象，分析认为，对于低频率、低阻尼力情况，活塞运动时静摩擦力向动摩擦力转换的过程是造成“尖点”的主要原因；对于高频率、大阻尼力情况，溢流阀的开启调节过程是导致“尖点”出现的主要原因。 对比分析调节阀式阻尼器的实验结果，得出高频率时实验值高于理论值，分析认为这是由油液的可压缩性引起的动态刚度所致。通过MaxWell模型简化油液动态刚度的计算公式，对纯孔式阻尼器与调节阀式阻尼器进行定量分析后发现，调节阀式阻尼器能够明显降低油液动态刚度所造成的速度—负载曲线偏转的现象。 本文研究了阻尼器的耗能机理，通过理论分析得到了剪切稀化流体在阻尼孔内的阻尼损失计算方法，据此完成了两款阻尼器的设计，对其他粘滞阻尼器中阻尼孔的阻尼损失计算具有指导意义。

目录

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第1章 绪 论

1.1 引言

1.2 粘滞阻尼器简述

1.3 阻尼器的速度指数

1.4 国内外研究现状

1.5 本文主要研究内容

第2章 调节阀式粘滞阻尼器的结构与耗能原理

2.1粘滞阻尼器基本结构

2.1.1 活塞杆结构

2.1.2 阻尼部件结构

2.2 阻尼介质的类型与特性

2.2.1 阻尼介质的分类

2.2.2 二甲基硅油的基本特性

2.3 阻尼孔内阻尼损失的计算

2.3.1 阻尼损失系数

2.3.2 二甲基硅油的瞬时粘度计算

2.3.3 阻尼损失系数的理论分析

2.4 本章小结

第3章 基于剪切稀化介质的阻尼孔耗能特性实验研究

3.1 实验装置与方案

3.1.1 实验装置

3.1.2 实验方法

3.2 阻尼孔的阻尼损失实验

3.2.1 阻尼损失系数实验曲线

3.2.2 误差分析

3.3 调节阀式粘滞阻尼器的设计流程

3.4 本章小结

第4章 调节阀式阻尼器的结构参数设计与性能分析

4.1 调节阀式阻尼器设计

4.1.1 调节阀式阻尼器

4.1.2 溢流阀的选用

4.2 阻尼器速度—负载特性

4.2.1 粘滞阻尼器耗能减振原理

4.2.2 粘滞阻尼器耗能性能评价方法

4.3 调节阀式阻尼器性能分析

4.3.1 实验结果

4.3.2 实验曲线分析

4.4 本章小结

第5章 阻尼力的滞后特性分析

5.1 动态刚度

5.2 阻尼器的时程分析

5.2.1 纯孔式阻尼器的时程分析

5.2.2 调节阀式阻尼器的时程分析

5.3 本章小结

总结与展望

1 总结

2 展望

参考文献

致谢

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