新型压电摩擦阻尼器的有限元分析及试验研究

摘要

在土木工程领域中,结构振动控制已有很长的研究历史,普通摩擦阻尼器是常用的减震装置,但其应用范围有限制。学者们在智能材料(磁流变、形状记忆合金、压电陶瓷等)引入到振动控制中后提出了许多有效的智能阻尼器。压电陶瓷具有正、逆压电效应、而且位移行程小、响应速度快,在其被约束的状态下能够产生很大的驱动力,在智能减震装置中经常被采用。
　　本文结合压电陶瓷驱动器和摩擦阻尼器的性能特点,提出了新型压电摩擦阻尼器并对进行理论分析和试验研究,
　　(1)研究了压电材料的性能、压电机理和压电材料的本构关系,理论分析出压电陶瓷驱动器的输出力、输出位移与加载电压呈线性关系。基于压电陶瓷驱动器的压电方程提出了一种新型压电摩擦阻尼器,并推导出了新型压电摩擦阻尼器的阻尼力模型。
　　(2)应用 ABAQUS对压电陶瓷驱动器和新型压电摩擦阻尼器进行了有限元建模分析可知,在不同加载电压下,新型压电摩擦阻尼器外壳与内部构件的应力值、位移变化值和耗能大小都随加载电压增大而增大;在不同位移行程下,新型压电摩擦阻尼器外壳与内部构件的最大应力值、最大位移变化值基本保持不变;新型压电摩擦阻尼器的阻尼力、摩擦耗能随压电陶瓷驱动器的数量增加而增大。
　　(3)对新型压电摩擦阻尼器的进行了性能试验,实验结果验证了阻尼器的出力与加载电压正相关。在不同预压力作用下,对新型压电摩擦阻尼器逐级加载电压后,再逐级卸载电压。性能试验结果证实了新型压电摩擦阻尼器的出力和加载电压二者关系近似线性相关。
　　(4)对应用新型压电摩擦阻尼器的输变电塔模型结构进行了数值分析,验证了新型压电摩擦阻尼器的摩擦耗能减震效果。数值分析结果表明新型压电摩擦阻尼器对模型结构整体具有理想的减震效果。对采用不同的连接方式应用新型压电摩擦阻尼器的模型结构进行了振动台试验,振动台试验结果验证了新型压电摩擦阻尼器摩擦耗能的良好性能和应用于结构中的有效性。
　　研究结果表明,新型压电摩擦阻尼器具有良好的出力性能,将新型压电摩擦阻尼器应用于输变电塔中能够起到良好的摩擦耗能减震控制作效果。

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1 绪论

1.1 引言

1.2 阻尼器的研究与应用

1.3 压电摩擦阻尼器

1.4 本文主要研究内容

2 新型压电摩擦阻尼器

2.1 引言

2.2 压电材料

2.3 新型压电摩擦阻尼器

2.4 本章小结

3 新型压电摩擦阻尼器有限元分析

3.1 引言

3.2 压电陶瓷驱动器的有限元分析

3.3 新型压电摩擦阻尼器有限元分析

3.4 阻尼器的试验

3.5 本章小结

4 压电摩擦阻尼器应用于输变电塔模型结构振动台试验研究

4.1 引言

4.2 输变电塔模型结构数值分析

4.3 应用于输电塔的振动台试验

4.4 本章小结

5 结论和展望

5.1 本文的主要结论

5.2 主要创新点与展望

致谢

参考文献