新型黏弹性阻尼器性能试验研究_周颖龚顺明
一种新型电涡流阻尼器及阻尼性能研究_肖登红
图 1 双涡流板阻尼器结构图
电涡流阻尼器中部。其功能是为金属板在其运动方 向上提供一个非均匀磁场。当输入轴带动上、下金 属板运动时，在金属板中产生抑制其运动的电涡流， 产生阻尼力，从而耗能减振。双涡流板阻尼器一些 几何尺寸及物理参数如表 1 所示。
表 1 电涡流阻尼器相关几何及物理参数
鉴于此，本文在 Sodano 电涡流阻尼器方案基础 上增加一块电涡流板，如图 1 所示。所用永磁体为 一立方体形永磁体，中间开有一圆柱形通孔，固定在
电涡流板弹性模量 上电涡流板与磁极距离 下电涡流板与磁极距离
屏蔽壳总长度
1.08×1011 Pa 3 mm 3 mm 69 mm
2 电涡流阻尼器有限元仿真分析
器放大后传输到电磁激振器对电涡流阻尼器进行激 振。通过测试计算机获得力与位移信号，对数据进 行处理可以得到所需的阻尼器性能参数。
实验过程中，采用正弦激励法，输入位移，对该 电涡流阻尼器施加 1 Hz～50 Hz 的正弦激励。幅值 分别为小位移 0.1 mm、大位移 1 mm 的正弦激励。 每次试验前检查阻尼器有无异常情况，进行多个循 环测试。限于篇幅，以下分别给出小位移 0.1 mm、 大位移 1 mm 正弦激励下的 10 Hz 的示功图，如图 4 所 示 。 各 频 率 下 示 功 图 饱 满 ，阻 尼 效 果 良 好 。
198
噪声与振动控制
第 34 卷
流阻尼器在航天领域中的可行性。Ebrahimi [7]对比 分析了几种不同永磁体排列方式的电涡流阻尼器的 阻尼特性，并提出了一种新的电涡流吸振器结构，并 具有弹性缓冲能力。Zuo [8]针对土木工程领域的大 型结构减振问题设计了一种基于多极磁路的阵列电 涡流阻尼器，具有较好的阻尼输出效果。汪志昊[9]详 细阐述了电涡流调谐质量阻尼器（TMD）的研究现 状 ，基 于 电 磁 感 应 原 理 研 制 了 具 有 自 供 电 特 性 的 MR 阻尼器减振系统与采用电涡流作为阻尼元件的 新型 TMD 装置，并分别用于工程结构的振动控制。 邹向阳、朱坤 [10]开发了基于电涡流阻尼的直接耗能 减振装置。该阻尼器主要由装有强磁性材料的磁盒 与涡流板两大组件构成，当涡流板与磁盒之间存在 相对运动时，就会产生电磁阻尼力。楼梦麟 采用 [11] 外供电产生励磁磁场开发了电涡流 TMD，并开展了 振动台模型试验研究，证明了其良好的减震效果。 祝长生 [12]基于电涡流原理提出了一种新型的转子系 统径向电涡流阻尼器。
新型限制力装置滞回性能试验研究
第51卷第3期2020年3月中南大学学报(自然科学版)
JournalofCentralSouthUniversity(ScienceandTechnology)Vol.51No.3
Mar.2020
新型限制力装置滞回性能试验研究胡振青1,2，邓长根1(1.同济大学土木工程学院，上海，200092；2.华东都市建筑设计研究总院，上海，200070)
摘要：为满足结构理想延性构件的7项性能目标，提出一种新型限制力装置的完整构造和设计方法。设计4个新型限制力装置试件，完成大位移滞回加载试验和低周反复荷载试验，研究新型限制力装置的屈服荷载、屈服位移、弹性刚度、极限荷载、极限位移、屈服后刚度、延性系数、滞回曲线、等效黏滞阻尼系数和骨架曲线。研究结果表明：新型限制力装置具有抗压抗拉承载力、稳定的屈服平台和饱满的梭形滞回曲线；限制力由最大轴向位移确定；等效黏滞阻尼系数随着变形增大而增大；骨架曲线为双线性；特殊构造具有拉压先后失效特征；新提出的限制受拉位移构造提供了二道防线；新型限制力装置可应用于空间结构以满足双向承受轴力、抗连续倒塌和消能减震功能要求，也可作为一种新型屈曲约束支撑和消能减震装置。关键词：限制力装置；大位移滞回加载试验；低周反复荷载试验；等效黏滞阻尼系数；骨架曲线；二道防线；消能减震中图分类号：TU317.1文献标志码：A文章编号：1672-7207（2020）03-0739-11
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HUZhenqing1,2,DENGChanggen1
(1.CollegeofCivilEngineering,TongjiUniversity,Shanghai200092,China;2.EastChinaUrbanArchitecturalDesign&ResearchInstitute,Shanghai200070,China)
粘弹性阻尼材料损耗因子的测试及误差分析
粘弹性阻尼材料损耗因子的测试及误差分析作者：王正敏李德玉来源：《广东造船》2017年第02期（华南理工大学船舶与海洋工程系，广州 510640）摘要：用脉冲激振进行结构模态分析的方法，实测常温下有/无SD01粘弹性阻尼胶的悬臂梁的固有频率和损耗因子，并计算出阻尼材料的损耗因子，并探讨影响测试精度的主要因素。
结果表明，本文的测试方法简单实用，测量结果能够用来评估阻尼材料在常温下的性能。
关键词：悬臂梁；固有频率；阻尼比；损耗因子中图分类号： U668.1 文献标识码：A1 前言阻尼材料[1]是一种把机械能转化为热能的耗能材料，主要用于抑制结构的共振峰值。
衡量阻尼材料性能的主要指标是材料的损耗因子。
测量阻尼参数的方法在GB/T 18258-2000[ 2]中有详细的规范；主要是：（1）使用Oberst悬臂梁结构[3]。
因该梁各阶模态间隔比较大，互相影响小，各模态可视为单自由度来研究；（2）由特制的非接触式激振器、信号发生器、非接触式电涡流传感器、动态信号分析系统及调温恒温箱来测试及分析不同温度下的传递函数；（3）根据规范所列公式求解阻尼材料在不同温度和不同频率下的损耗因子。
另外，在开发粘弹性阻尼材料过程中，人们通常用DMA测量仪来测量阻尼材料在不同温度和频率下的损耗因子。
固然，用DMA确定阻尼材料的玻璃化温度是不可或缺的，但因其测量频域范围较窄（如0～150 Hz），致使这些测量的损耗因子对实际工程的意义不大。
胡卫强[4]等人结合小试件阻尼测试研究成果，开发了一套高性价比的材料测试系统。
肖邵予[5]等人通过建立基于锤击法平板振动试验模型，对比分析粘弹性阻尼材料复合试样在不同频段内的减振效果。
陈耀辉[6]介绍使用悬臂梁共振法来测量阻尼材料的振动阻尼特性，证明悬臂梁法测试阻尼材料性能在一定的范围内是可以满足要求的。
徐丰辰、李洪林和刘福[7]通过测试相同的阻尼材料，说明采用不同尺寸的测试试件测定的阻尼系数存在很大的差异，提出了频率对阻尼系数的影响，探讨了动态阻尼系数的测试方法。
高阻尼隔震橡胶支座的阻尼性能试验研究
高阻尼隔震橡胶支座的阻尼性能试验研究摘要：通过不同剪应变剪切试验研究了高阻尼隔震橡胶支座（HDR）的等效阻尼比的剪应变和温度相关性，研究结果表明：不同的剪应变下，支座的等效阻尼比都在18% 以上，具有稳定的阻尼比；在温度相关性试验中，支座的等效阻尼比值低于15%，低温环境下支座的水平等效刚度比常温下要高。
关键词：高阻尼隔震橡胶支座；等效阻尼比；剪应变；水平等效刚度；温度Abstract：The equivalent damping ratio of HDR under different strain amplitude and temperature environment were studied.Based on strain amplitude testing result，the equivalent damping ratio of the bearing was over 18% and was stable.Based on the temperature correlation testing result，the equivalent damping ratio of the bearing was less than 15%.The horizontal equivalent stiffness was higher at low temperature.Keywords：HDR；equivalent damping ratio；strain amplitude；horizontal equivalent stiffness；temperature1 引言HDR具有阻尼效果的橡胶制成，隔震性能好。
它由橡胶层和钢板硫化处理后结合组成，并在某些方面与标准的弹性支座类似。
传统的隔震橡胶支座，往往在温度和交通荷载作用下，阻尼性能大幅度下降[1][2]。
同样，寒冷地区高阻尼隔震橡胶支座因其材料本身的性质，它的阻尼性能和温度变化有较强的相关性，随环境温度而降低。
粘滞阻尼器结构工艺性研究
粘滞阻尼器结构工艺性研究1/6[摘要] 随着减隔震技术的广泛应用，选择合适的消能减震器，采用不同形式的减震控制方案可以很好的起到很减震效果。
粘滞阻尼器作为减隔震技术中应用较为广泛的一种产品，其产品结构加工工艺、装配工艺的方法作为本文研究的重点。
[关键词] 粘滞阻尼器；结构设计；工艺性；1/61.消能阻尼器简介1.1概述粘滞阻尼器最早应用于美国军事工业和航天工业等领域，上世纪80年代中期，美国国家地震研究中心人员开始将用于航天和军事上的消能减震阻尼器借鉴并率先应用于建筑和桥梁领域。
粘滞阻尼器是一种速度相关型阻尼器，因其减震性能稳定，具有良好的滞回曲线，耗能能力较强，可以耗散大量的输入结构地震震动能量，从而有效降低结构的动力反应，因此其在在结构抗震及振动控制中得到广泛的应用。
我国对粘滞阻尼器的研究起步比较晚，工程应用早于科学研究，上世纪九十年代初，国内很多学者开始对流体阻尼器进行了初步的探索，推动了粘滞阻尼器研究以及技术的发展，近年来我国地震频发，加之国家及各省市推荐结构使用减震措施政策的出台，更加促进了减震行业的发展。
根据中华人民共和国建筑行业标准《建筑消能阻尼器》JG/T209-2012中分类，结构消能阻尼器主要分为粘弹性阻尼器、粘滞阻尼器和金属屈服型阻尼器等类型。
经过近几十年的发展，其中粘滞阻尼器耗能技术已经成为在中国乃至世界应用发展公认的成功技术产品之一，并成功在建筑、桥梁结构中得到广泛应用。
本文结合产品特点及标准要求，对国内外的标准内容进行解读剖析，并对实现粘滞阻尼器产品过程中所涉及的设计方法及生产制造过程关键工艺、特殊工艺的研究。
1.2原理公式粘滞阻尼器是一种速度相关型的消能装置，其原理公式为：式中：F为阻尼力；C为阻尼系数，与活塞杆直径、油缸直径、活塞直径和流体粘度等有关；V为阻尼器运动速度；α为速度指数，它与阻尼器内部的阻尼构造有关。
一般分为三种情况，0<α<1，称之为非线性阻尼器，当α =1，称之为线性阻尼器；α >1，超线性粘滞阻尼器，即速度锁定装置。
含三次非线性位移的粘性阻尼干摩擦隔振系统振动特性的实验研究
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铜的阻尼性能实验
率、振幅等。
录测试数据。
记录实验数据
测量铜的阻尼 性能，记录阻 尼系数、频率、
振幅等数据
记录实验过程 中铜的温度、 湿度等环境因
素
记录实验过程 中铜的变形、
断裂等现象
记录实验过程 中铜的振动、
声音等现象
记录实验过程 中铜的表面变 化、颜色变化
等现象
记录实验过程 中铜的电化学 性能变化等现
象
添加标题 添加标题 添加标题 添加标题 添加标题 添加标题
析、回归分析0等4
误差处理方法：剔除异 常值、修正数据、采用 更准确的模型等
实验结果的影响因素探讨
温度：温度对铜的阻尼性 能有显著影响，温度越高，
阻尼性能越好
湿度：湿度对铜的阻尼性 能也有影响，湿度越大，
阻尼性能越好
材料：不同材料的铜，其 阻尼性能也不同，纯铜的
阻尼性能最好
加工工艺：加工工艺对铜 的阻尼性能也有影响，如 热处理、冷加工等，都会
影响阻尼性能
铜阻尼性能的优化建议
提高铜的纯度： 减少杂质，提 高铜的阻尼性 能
改变铜的形状： 改变铜的形状， 如增加厚度或改 变形状，可以提 高阻尼性能
改变铜的表面处 理：改变铜的表 面处理，如镀层 或涂层，可以提 高阻尼性能
改变铜的加工工 艺：改变铜的加 工工艺，如热处 理或冷加工，可 以提高阻尼性能
添加标题
铜的阻尼性能可以通过实验测 量得到
添加标题
实验结果可以为铜阻尼性能的 研究提供参考
实验对未来研究的启示
添加标题
铜的阻尼性能研究对于未来材 料科学和工程领域的发展具有 重要意义。
添加标题
实验方法可以为未来类似实验 提供借鉴。
添加标题
粘弹性材料本构模型的研究
粘弹性材料本构模型的研究第23卷第6期高分子材料科学与工程V o l.23,N o .62020年11月POL Y M ER M A T ER I AL S SC IEN CE AND EN G I N EER I N GN ov .2020粘弹性材料本构模型的研究Ξ路纯红,白鸿柏(军械工程学院,河北石家庄050003摘要:介绍了近年来建立粘弹性材料本构模型的方法。
目前主要有两种方法:利用现有本构模型;对粘弹性材料进行试验研究,拟合实验曲线。
关键词:粘弹性材料;本构模型中图分类号:O 631.2+1文献标识码:A 文章编号:100027555(20200620028204随着化学化工和材料工业的发展,粘弹性材料被广泛应用于航空航天、机械工程、高层建筑、车辆工程以及家用电器等领域。
研究粘弹性材料的力学性能,使其在工程应用中发挥良好的阻尼性能和耗散性能,关键是构建能够精确描述材料本构关系的粘弹性本构模型。
然而粘弹性材料的力学性能如剪切模量、损耗模量、损耗因子等受环境温度、振动频率、应变幅值等影响很大,因此,其本构关系的建立将非常复杂。
本文将对近年来粘弹性材料本构模型的研究成果进行简要的综述,并对今后的研究趋势提出几点建议。
1利用现有模型1.1粘弹性本构模型由于粘弹性材料的力学性能如剪切模量、损耗模量、损耗因子等通常与环境温度、振动频率、应变幅值等有关,因此粘弹性材料的本构关系将是复杂的。
国内外许多学者对此进行了研究,目前常用的粘弹性材料本构模型如下。
1.1.1M axw ll 模型:M axw ell 模型认为,粘弹性材料可以等效为一个弹簧和一个粘壶元件相串联而成,其本构关系为:Σ(t +p 1Σα(t =q 1Χα(t (1式中:Σ(t 和Χ(t ——粘弹性材料的剪应力和剪应变;p 1和q 1——由粘弹性材料性能确定的系数。
在简谐应变的激励下,由本构关系(1式可得:式中:G 1、G 2——储能模量(剪切模量和损耗模量;Γ——损耗因子,用于描述粘弹性材料的阻尼性能,Γ越大,材料阻尼性能越好,Γ越小,材料阻尼性能越差。
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第卷第期
结构工程师
年月
新型黏弹性阻尼器性能试验研究
周颖龚顺明
同济大学土木工程防灾国家重点实验室上海
摘要黏弹性阻尼器是种典型的被动控制装置它是通过黏弹性材料的剪切滞回耗能起到提高结
构阻尼和减小结构地震或风振响应的目的根据年颁布的《建筑消能阻尼器
》
对黏弹性阻尼器出厂检验的要求对将应用在南京大报恩寺新塔项目上的个某新型材料黏弹性阻
尼
器进行了性能试验评价的项目包括外观质量尺寸偏差最大阻尼力表观剪切模量损耗因子滞
回
曲
线和表观剪应变极限值试验结果表明该种阻尼器具有良好的力学性能满足中国规程的相
关要求
可以
应用于建筑结构抗震及抗风
设计
关键词黏弹性阻尼器性能试验中国规程出厂检验
細佩餅充分发挥其耗能作用从而有
效减
引言少结构本身需耗散的地震能量起到提高结构的阻尼和减小结构响应的目的因此能够有效地改善结构性
近期世界范围内地震频发其具有突发性强破能和减轻结构震害黏弹性材料滞回曲线饱满耗能
坏性大的特点与
其他自然灾害如风灾火灾等的显著减震能力非常强不同于金属阻尼器和
摩擦
区别在于几乎所有的人员伤亡和经济损失都与工程
器其在小震情况下也能耗能同时可以用于风振控
结构的破坏密切相关因而工程结构的抗震减震设计制并具有安装简单造价低廉性能优良等特点除显得尤为重要了可以細于建筑结构外它还可以細在桥梁随
點弹性阻
尼
器
种常见的被动消能减震装置
输电塔等当中具有广泛的工程应用前景
它的
减震原理是在地震作用下黏弹性阻尼器率先进
周云⑴吴波⑷和周颖等针对不同类型和材料
的黏弹性阻尼器进行了性能试验研究为了
研究某
收稿日期
基金项目国
家自然科学基金项目上海市青年科技启明星计
划
联系作者种新型材料的黏弹性阻尼器的力学性能和耗能特性以及检测要安装阻尼器的性能是否达到设计值本文试验方案
根据《建筑消能阻尼器》以
下简
称为规程针对黏弹性阻尼器出厂检验的要求对本试验使用的黏弹性阻尼器是由两块约束钢
将应用在南京大报恩寺新塔项目上的个新型材料板和中间块钢板以及钢板之间填充的两层新黏弹性阻尼器进行了性能试验研究评价的项目包括型黏弹性材料组成试验采用的是足尺试件每
层
外观质量尺寸偏差最大阻尼力表观剪切模量损耗黏弹性材料剪切面积为
厚度
因子滞回曲线和表观剪应变极限值为其尺寸和图片如图所
示
十壮抽穴龜
计—料
叶
賺丄灞
十§
尺寸照
片
图黏弹性阻尼器尺寸及照片
按照规程条的要求对建筑消能产品验部分的试验工况如表
所示
需要进行外观质量检验以及力学性能检验黏弹本试验在同济大学土木工程防灾国家重点实验性阻尼器产品抽检数量为同工程同类型同室进行采用作动器及数据采集系统对
规格数量的由于设计用于南京大报恩寺阻尼器进行试验试验装置照片如图所示新塔项目中的黏弹性阻尼器共计个故
抽检
矣
数量为个根据规程条进行外观质量检
士
验检验项目包括外观质量和尺寸偏差根据规程
条进行力学性能检验检验项目包括表观
剪应变极随!大隱力誠剪憾量
因子和滞回曲线因此个黏弹性阻尼器均
要
进行外观质量检验和力学性能检验力学性能检
表弹性阻尼器试验工况
養工况内容输人幅值应变频率圈数
表观剪切模量±
损耗因子
□
回曲—
±
±°°
丄
±工表观剪应变
…
图试验加载装
置
极限
值
±
试验结
果
±
±°°
对个黏弹性阻尼器编号分别为试验研究结构工程师第卷第期
和按照规范要求分别进行上述试验偏差±用游标卡尺及卷尺
等进行检测
项目试验过程及结果分析如下个黏弹性阻尼器长度和截面有效尺寸偏差符合规
外观賴
人日尸
用目
视放大镜等进行检测表明阻尼器钢板
平整无锈蚀无毛刺标记清晰并涂刷防诱涂规程条规定控制位移“
料黏弹性阻尼材料表面密实相对平整满足规〃在工作频率下作次具有稳定滞
程条的要求回曲线的循环取第次循环时滞回曲线的最大
尺寸偏差
力大
力
个黏弹性阻尼器试件在环境温度工作频
规程条规定黏弹性阻尼器长度允率和位移幅值下
的单
许偏差±黏弹性阻尼器截面有效尺寸允许圈第圈滞回曲线如图
所示
图中力是指试验
位移位移位移位移厂□
位移位移图位移幅值下第次循环时滞回曲
线机加给阻尼器的力位移是指阻尼器中间钢板在水平向
的
剪切位移个黏弹性阻尼器试件的最
大阻尼力实测值如表所示试验过程中黏弹性规程条规定控制位移材料与约束钢板间未出现剥离现象在工作频率下作次具有稳定
滞
表截弹性阻尼器最大阻尼力
胃
一位移对应的恢复力与零位移对应的恢
复力的
匕
—值作为损耗因子的
实测
值
晶□士八
个黏弹性阻尼器试件在环
境
温度工作频
最大阻尼力试件编号率
杻和位移幅值下
的损
耗因子计算如表所示黏弹性
阻尼器损耗因子
在和下的设计值分别为和
满足规程要求实测值应在设
计值
的±以内
的
规定
表观剪切模量表弹性阻尼器损耗因子
规程条规定控制位移
在工作频率下作次具有稳定滞回
曲
线
的
试件编号
损耗因子
循环取第次循环时滞回曲线的值计算表
观
剪
切模量表观剪切模量定义为阻尼器的剪应力
了
与剪应变的比
值平
均值
表观剪应变极限值规程条规定在工作频率下控制位移
作次稳
称为等效刚度为黏弹性材料胃
定滞回曲线的循环如黏弹性材料与约束钢板间出
剪切面积为黏弹性材料厚度现剥离现象则试验停止并取这时的位移值确定表个黏弹性阻
尼
器试件在环境温度
工作频观剪应变极限值其值为黏弹性材料切向
位移与黏
率和位移
幅值下的
表
单
性材料厚度之比的最大值用百分率表示
观剪切模量计算如表所示黏弹性阻尼器表观
对个黏弹性阻尼器试件在环境温度工作频
剪切模量在和下的设计值分别为
率下实施控
制位
移
和满足规程要求实工况
试
件未
出现點弹性材料与约束钢
测值应在设计值的±以内的规定
板间剥离的现象继续实施、
工况试验结束因此个黏弹性阻尼器表观
表黏弹性阻尼器表观剪切模量剪应变极限值可取为个黏弹性阻尼器试件在环境温度工作频
率位移幅值
下第次循环时滞回曲线如图所本
试件编
号滞回曲线
规程条规定消能器在各种试
验
工
况下试验滞回曲线应光滑无异常个黏弹
性
阻尼器试件在各种试验工况下的典型试验滞回如
图所示由图可知滞回曲线满足规程要求