桥梁液压粘滞阻尼减震器的设计及优化

摘要

为了保护桥梁免受地震、强风的破坏，需要引入减震、隔震装置来提高它们的抗震性能，从而抵御地震发生时或大风中对桥梁结构的破坏。其中，粘滞阻尼器具备安全性能强、抗震效果好、经济效益良好等一些优势，因此在土木工程界应用广泛。
　　本论文研究的是被设置在桥梁面和桥墩之间的桥梁粘滞阻尼器。论文对粘滞阻尼器的工作特性进行分析，当桥梁发生剧烈振动时，活塞随着结构运动，阻尼介质流过阻尼孔时产生的孔缩耗能和粘滞摩擦耗能是主要耗能途径。根据流体力学相关知识，结合阻尼器结构形式及其耗能原理，推导得到双出杆孔隙式粘滞阻尼器的阻尼力计算模型。根据理论分析，本文设计、开发了一种粘滞阻尼器，确定了粘滞阻尼器的相关结构参数，并针对结构参数对阻尼器工作性能的影响进行了数值仿真。
　　根据设计、开发的双出杆孔隙式粘滞阻尼器的相关结构参数，应用UG软件构建其三维模型。用GAMBIT软件对孔隙式粘滞阻尼器中的流体介质建立流体网格模型，然后把流体网格导入FLUENT软件中，借助动网格技术进行仿真分析。得到应力云图和在活塞不同速度时相对应阻尼力的流场仿真模拟结果。运用MATLAB优化工具箱对孔隙式粘滞阻尼器的结构参数进行优化，得出优化方案。最后，将本文设计的双出杆孔隙式粘滞阻尼器做实验研究。将实验测得的最大阻尼力与流场仿真得到的最大阻尼力作分析比较，表明流场有限元仿真分析能够预测阻尼器最大输出阻尼力，从而实现快速设计开发粘滞阻尼器并指导实际应用，为提高粘滞阻尼器的工作性能奠定基础。

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第一章 绪论

1.1 课题背景及意义

1.2 结构耗能减震研究进展

1.3 粘滞阻尼器的国内外研究进展与应用现状

1.4 本论文的研究内容

1.5 本章小结

第二章 孔隙式粘滞阻尼器基本理论

2.1 桥梁液体粘滞阻尼器种类

2.2 孔隙式粘滞阻尼器中的流体介质

2.3 孔隙式粘滞阻尼器的耗能机理

2.4 粘滞阻尼器的恢复力模型

2.5 粘滞阻尼器阻尼力理论计算公式

2.6 本章小结

第三章 孔隙式粘滞阻尼器的设计及数值仿真

3.1 孔隙式桥梁减震液压粘滞阻尼器的设计

3.2 孔隙式液体粘滞阻尼器的数值仿真

3.3 本章小结

第四章 基于FLUENT的液体粘滞阻尼器的特性仿真分析

4.1 FLUENT软件简介

4.2 减震器内部三维流场的建立

4.3 孔隙式桥梁减震液压粘滞阻尼器的优化设计

4.4 本章小结

第五章 孔隙式粘滞阻尼器的实验研究

5.1 实验工况的设定

5.2 试验数据的处理与分析

5.3 本章小结

第六章 结论

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢