粘滞阻尼器和铅阻尼器的理论与试验研究

摘要

该文对粘滞阻尼器进行了详细分类研究,提出了阻尼孔的三种构造;并研制和开发了一系列粘滞阻尼器,包括单出杆、双出杆、孔隙式、间隙式、组合式阻尼器(缓冲器)等结构形式,其中多为足尺粘滞阻尼器;同时研制了一种具有缓冲保护装置的粘滞阻尼器.性能试验表明粘滞阻尼器具有滞回曲线饱满、附加刚度很小、阻尼力滞后于位移近似90的相位角、微小位移就耗能等共性:但各类阻尼器因构造和介质不同存在性能差异,主要体现在速度非线性系数上:该文对各类粘滞阻尼器的性能及速度非线性指数进行了详细地对比研究,并得出了一些规律性结论.双出杆粘滞阻尼器拉压力相同,容易提供较大阻尼力,适用结构范围较广:单出杆粘滞阻尼器具有拉压力不平衡的缺陷,但也具有特殊的用途,该文利用该特点研制了一种自复位的粘滞阻尼器.性能良好的粘滞介质是粘滞阻尼器耗能稳定的关键因素之一;该文对液压油、硅油、高分子材料(硅基胶)、特殊悬浊液四类介质进行了性能试验研究;结果表明,因液压油粘温性、凝固点较大和特殊悬浊液易沉降等原因,二者不适合作为粘滞阻尼器的介质,甲基硅油、硅基胶具有压缩性小、耐侯性好、耐高温、不挥发不燃等特性,适合作为粘滞阻尼器的介质:进一步得出了不同的构造形式与不同粘滞介质的匹配关系.该文还研制了一种硅基胶和碟型弹簧组合式缓冲器,试验表明其具有体积较小、弹力大、高阻尼等特点,克服了纯碟型弹簧缓冲器的缺陷,是一种性能良好的缓冲器,可作为设备振动控制的装置.基于上述耗能机制,推导了孔隙式和间隙式两类阻尼器的恢复力公式,并根据试验数据进行了修正,得出了一套较为实用的阻尼力经验公式;同时给出了粘滞阻尼器的性能参数取值与相应的粘滞介质、构造尺寸的经验关系.试验和分析对比表明,上述的恢复力公式具有一定的精度,误差在±15％以内.粘滞阻尼器因介质的可压缩性具有动态刚度;该文给出了硅油、硅基胶两种粘滞介质压缩性规律,并在此基础上推导出了动态刚度的参考公式;试验和理论对比分析表明上述公式具有一定的精度,可以在工程中试用;基于动态刚度理论该文提出了粘滞阻尼器耗能评价体系,该体系包括耗能评价指标、压缩位移、动态刚度、串联刚度、结构频率等参数:并给出了孔隙式和间隙式两类阻尼器的耗能评价指标的计算公式:动态刚度导致粘滞阻尼器存在耗能失效问题,建议当耗能指标小0.5时,即可认为粘滞阻尼器耗能失效,粘滞阻尼器工程应用的耗能评价指标的数值应大于0.9.铅阻尼器是一种耗能性能优越、构造简单、制作方便且十分经济的耗能减震装置.该文研制了两种足尺铅阻尼器,并进行了性能试验研究;结果表明,铅阻尼器是利用塑性滞回变形耗能,耗能能力较大,小变形下即可耗能、荷载频率和循环次数对其性能影响较小等优点;该文试验研究的两类铅阻尼器的滞回曲线具有典型的

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及关于论文使用授权的说明

常用符号表

第1章绪论

1.1引言

1.2耗能装置减振体系的研究及应用现状

1.2.1粘滞耗能器

1.2.2粘弹性耗能器

1.2.3金属屈服耗能器

1.2.4摩擦耗能器

1.3国内粘滞阻尼器研究存在的问题

1.4国内铅阻尼器研究存在的问题

1.5论文研究内容

第2章系列粘滞介质的研究

2.1前言

2.2粘滞流体的类型与特征

2.2.1牛顿流体和非牛顿流体

2.2.2非牛顿流体的分类与本构关系

2.3几种典型的粘滞流体性能特征与试验研究

2.3.1液压油

2.3.2有机硅油

2.3.3改性高分子材料

2.3.4特殊悬浊液

2.4本章小结

第3章粘滞阻尼器系列结构研究

3.1前言

3.2粘滞阻尼器结构形式的基本分类

3.3缸式粘滞阻尼器结构构造

3.3.1单出杆粘滞阻尼器结构构造

3.3.2双出杆粘滞阻尼器结构构造

3.3.3阻尼孔结构构造

3.3.4阻尼间隙结构构造

3.3.5具有泻压保护装置的粘滞阻尼器结构构造

3.4粘滞阻尼墙

3.5三向粘滞阻尼器

3.6组合结构粘滞阻尼器

3.7粘滞阻尼器结构构造关键技术要点

3.7小结及建议

第4章粘滞流体阻尼器的耗能和恢复力理论

4.1前言

4.2粘滞阻尼器的耗能原理

4.2.1粘滞摩擦耗能

4.2.2孔缩效应耗能

4.3忽略介质压缩性的粘滞阻尼器恢复力模型

4.3.1孔隙式粘滞阻尼器阻尼

4.3.2间隙式粘滞阻尼器恢复力理论

4.4等效线性阻尼理论公式

4.5考虑流体压缩性的粘滞流体阻尼器理论模型

4.5.1考虑流体压缩性的理论模型的提出

4.5.2考虑流体压缩性的粘滞阻尼器理论恢复力公式

4.5.3考虑动态刚度的粘滞阻尼器的等效线性化阻尼模型

4.5.4考虑动态刚度的粘滞阻尼器的等效线性阻尼简化模型

4.6温度对阻尼器耗能的影响

4.7本章结论

第5章 孔隙式粘滞流体阻尼器性能试验研究

5.1前言

5.2孔隙式粘滞阻尼器的试验设计

5.2.1阻尼器的规格

5.2.2阻尼介质

5.2.3试验类型与设备

5.3粘滞阻尼器试验

5.3.1双出杆孔隙式粘滞阻尼器拟静力试验

5.3.2双出杆孔隙式粘滞阻尼器拟静力试验结果分析

5.3.3单出杆孔隙式粘滞阻尼器拟静力试验

5.3.4单出杆孔隙式粘滞阻尼器试验结果分析

5.3.5粘滞阻尼器动力试验

5.4本章小结

第6章 间隙式粘滞流体阻尼器理论和性能试验

6.1前言

6.2间隙式粘滞阻尼器的试验设计

6.2.1阻尼器的规格及粘滞介质

6.2.2试验类型与设备

6.3阻尼器试验

6.3.1间隙式硅油粘滞阻尼器拟静力性能试验

6.3.2间隙式硅油阻尼器试验结果分析

6.3.3硅基胶间隙式粘滞阻尼器试验研究

6.3.4间隙式硅基胶阻尼器试验结果分析

6.3.5硅基胶间隙式阻尼器阻尼力模型的建立

6.3.6硅基胶间隙式阻尼器温况试验研究及小结

6.4本章小节

第7章粘滞阻尼器性能参数研究和耗能评价体系

7.1前言

7.2系列粘滞阻尼器的性能分析及比较

7.2.1系列粘滞阻尼器的共性

7.2.2系列阻尼器的性能比较

7.3粘滞阻尼器的性能参数研究

7.3.1硅油粘度衰减系数m

7.3.2孔缩衰减系数n求解

7.3.3硅油阻尼器的动态刚度的k（p）的经验值求解

7.3.4硅基胶间隙式双出杆阻尼器的参数求解

7.3.5线性孔隙式硅油阻尼器的设计思想

7.4粘滞阻尼器的耗能性能评价体系

7.4.1耗能性能评价指标概念和模型的提出

7.4.2粘滞阻尼器的耗能性能评价分析

7.4.3粘滞阻尼器的耗能性能评价举例

7.5本章小结及建议

第8章胶泥弹簧缓冲器的试验研究

8.1前言

8.2胶泥弹簧缓冲器的试验研究

8.2.1胶泥弹簧缓冲器概况

8.2.2胶泥弹簧缓冲器试验设计

8.2.3胶泥弹簧缓冲器试验结果及分析

8.2.4结论及建议

第9章铅阻尼器的实验研究

9.1前言

9.2铅的基本性能

9.3实验用铅阻尼器的类型、构造、工作原理、试验工况及结果

9.3.1铅积压阻尼器实验研究

9.3.2摩擦-铅剪切阻尼器试验研究

9.4 铅阻尼器的恢复力模型

9.5结论及建议

第10章 安装粘滞阻尼器的隔震桥梁的模型、模拟振动台试验研究

10.1前言及试验目的

10.2橡胶垫减震结构的动力模型及理论研究

10.2.1与TMD和隔震体系的联系与区别

10.2.2上—下部结构减震体系动力反应分析

10.2.3橡胶垫减震部件的力学性能和模型简化

10.3安装粘滞阻尼器的隔震桥梁振动台试验

10.3.1模拟震动台试验设备概况

10.3.2试验模型设计

10.3.3地震波特性

10.3.4模拟震动台试验工况

10.3.5动力特性测试

10.3.6振动台试验结果

10.4安装粘滞阻尼器的隔震桥梁防真分析

10.4.1粘滞阻尼器在结构中应用仿真模型

10.4.2安装粘滞阻尼器的隔震桥梁防真及结果分析

10.5本章小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间已（待）发表的论文和取得的科研成果

致谢

附录：作者攻读硕士期间主持或参与的试验