工业精度大齿轮惯性质量阻尼器动力试验及干扰因素分析

为了解决工业精度齿轮惯性质量阻尼器缺乏相关研究的问题,在小齿轮振动台试验参考文献的基础上,采用加工精度7级的工业级钢制大质量齿轮进行了齿轮惯性质量阻尼器的动力试验.试验主要研究阻尼器在不同频率简谐位移激励下的工作性能以及各种干扰因素对试验结果的影响.试验结果表明:阻尼器在简谐位移激励下滞回曲线有负刚度特性,初始阶段滞回曲线呈正刚度现象;齿轮与齿条间的啮合、轴与支座的摩擦是影响阻尼器性能的主要因素;滑槽滚珠的碰撞、齿条的惯性力、滚珠滑槽的滚动摩擦是影响试验结果的主要干扰因素,并提出了试验方法改进建议.     

强震区多跨长联连续梁桥减隔震设计

为了给高烈度地区多跨长联连续梁桥抗震设计提供参考,以一座（55+4×90+55）m的连续梁桥为工程背景.采用ANSYS软件建立全桥分析模型,基于非线性时程分析方法,对比研究结构采用双曲面摩擦摆支座、黏滞阻尼器和速度锁定装置3种减隔震装置下的地震响应.结果表明：黏滞阻尼器在罕遇地震作用下形成了完整的滞回环,每个阻尼器耗能能力明显;采用双曲面摩擦摆支座、黏滞阻尼器和速度锁定装置时,结构的地震响应相对于传统抗震体系都有一定程度地降低,固定墩内力相对减震率分别为63.44%、6.90%、42.32%,位移相对减震率为65.70%、9.34%、43.77%;采用双曲面摩擦摆支座作为减隔震措施时,墩底内力和墩顶位移远小于黏滞阻尼器和速度锁定装置2种减隔震措施.     

拟黏滞摩擦阻尼器滞回特性及支撑内力分析

从 Pall 型摩擦阻尼器四连杆机构的几何非线性变形特征出发,分析框架位移、支撑刚度、阻尼器摩擦力、阻尼器大小、支撑倾角、支撑屈曲力等对一种新型摩擦阻尼器——拟黏滞摩擦阻尼器的滞回特性及支撑受力特点的影响.分析结果表明拟黏滞摩擦阻尼器除了保留了 Pall 型摩擦阻尼器恢复力特性不受支撑屈曲力影响的优点外,支撑内力还比 Pall 型摩擦阻尼器明显降低,这将有利于提高框架柱的延性,减小框架柱在地震下的损伤.同时还拟合出可供设计人员使用的实用支撑最大内力计算公式.     

筒式叠层摩擦阻尼器性能试验及应用研究

为解决传统摩擦阻尼器在提供较大阻尼力时对正压力需求较高且滞回性能不稳定的问题,提出一种筒式叠层摩擦阻尼器,可以通过楔形体放大摩擦面所需的正压力,利用圆筒的环向约束提高阻尼器加压效率.基于叠层的原理,中心加压装置提供的正压力可以同时施加给多个摩擦面.采用摩擦性能更稳定的非石棉复合树脂摩擦片作为阻尼器的摩擦材料,避免传统金属摩擦面在多次循环后摩擦性能不稳定的问题.对阻尼力理论公式进行推导,得到各构造参数对阻尼器出力的影响;通过力学性能试验和数值模拟对其滞回性能和减震效果展开分析.结果表明:该阻尼器滞回性能稳定,耐疲劳性能优异,耗能性能良好,对实际结构具有较好的减震效果.     

孔隙式隔振系统非线性阻尼特性

针对舰载设备隔振系统中双出杆液压孔隙式粘滞阻尼器阻尼力的非线性问题,建立了考虑油液压缩性的隔振系统数学模型,提出了基于AMESIM仿真试验确定隔振系统阻尼力的方法,依据仿真得到的系统压力确定了阻尼力流动指数并验证了流动指数取值的合理性.搭建隔振系统的试验装置,利用通过冲击试验获得的隔振系统位移和加速度响应验证隔振系统数学模型的准确性.结果表明,数学模型仿真和冲击试验结果误差在6%以内,为液压阻尼器非牛顿流体阻尼力的计算提供了有效、快捷的途径.     

应用于榫卯节点加固的扇形黏弹性阻尼器有限元分析

为提升传统木结构建筑的抗震能力,研发一种用于榫卯节点加固的扇形黏弹性阻尼器。先介绍了2种形制不同的阻尼器(SX-1和SX-2)的构造,并对其工作机制进行分析,利用ABAQUS进行数值模拟,通过对比分析2种扇形阻尼器在反复荷载下的滞回曲线饱满程度、耗能系数及等效黏滞阻尼比,研究阻尼器的变形性能和耗能特性。结果表明：阻尼器构造合理,滞回面积、耗能系数及等效阻尼比均随幅值的增加而增大;位移加载幅值较小时,SX-1和SX-2试件的耗能系数及等效阻尼比的数值均较小;SX-2形制的扇形黏弹性阻尼器滞回曲线更饱满,耗能能力强,具有较大的变形能力;SX-2形制的黏弹性橡胶阻尼器的耗能系数及等效阻尼比相较于SX-1阻尼器均得到提高,SX-2阻尼器耗能能力得到加强,能够更加有效地提高传统穿斗木构架的抗震能力。     

自锚式悬索桥动力特性及减震效果

采用时程分析法针对自锚式悬索桥的动力特性进行了试验和理论分析,并分析了非线性黏滞阻尼器对该桥型抗震能力的影响.结果表明,采用梁杆单元建立的悬索桥计算模型可有效地进行结构的地震响应分析,具有良好的可靠性.在主桥纵向设置参数合理的非线性黏滞阻尼器可有效地减小结构在地震作用下控制部位的相对位移,不同程度地改善了结构墩柱部位的地震反应效应,黏滞阻尼器耗能减振效果良好.     

超大跨度斜拉桥纵向减震耗能塔、梁连接装置研究

在苏通大桥的塔、梁连接处分剐设置弹性连接装置和阻尼器.并选择恰当的弹性连接装置的弹性刚度以及阻尼器参数,利用Maxwell阻尼模型模拟黏滞阻尼器的滞回耗能特性,通过结构非线性地震分析的方法,对比了弹性连接装置与黏滞阻尼器的减震效果,分析表明弹性连接装置和阻尼器均能有效地减小梁端的地震位移,但阻尼器的效果更为理想.     

铅挤压阻尼器的数值模拟与试验

在铅挤压阻尼器耗能机理的基础上,对影响铅挤压阻尼器滞回性能的各种参数进行了数值模拟和试验研究.结果表明,挤压轴轴凸的长度和高度是影响铅挤压阻尼器阻尼力的主要因素;铅挤压阻尼器的滞回曲线饱满,是一种优良的耗能装置,可以用于工程结构的消能减震.     

液黏调速离合器传动特性分析

针对液黏调速离合器实验装置中一对摩擦副间隙内流体流动开展研究,建立定常、层流条件下的简化数学模型,在假设流体黏度为常数的基础上,分别获得流场的近似解析解和数值解.数值研究结果表明:1)惯性力使得摩擦副间隙内流体切向线速度呈非线性分布,且小于忽略惯性力条件下的速度值;2)液黏调速离合器传动过程中,转矩损耗始终存在,该值与摩擦副间隙大小及输入、输出转速等因素相关,且与摩擦副间隙值呈三次方比例关系;3)由于转矩损耗及转速差的存在,使得任一摩擦副间隙值都对应一个最佳输出转速工作区间,在此区间内,传动效率较高.在理论分析研究的基础上,进行转矩传递特性的实验测试,发现实验结果与理论计算结果在曲线变化趋势上基本一致.     

非线性电涡流惯质阻尼器力学性能仿真与试验

为提高板式电涡流阻尼器(ECD)的耗能减振效率,融合旋转式电涡流阻尼技术与滚珠丝杠式两节点惯质单元,发展与研制了一种非线性电涡流惯质阻尼器(NEMD).首先阐明了NEMD的整体构造与工作原理,然后综合半理论半仿真分析、三维电磁场有限元仿真分析与样机力学性能测试,获得了NEMD的轴向出力特性,提出了旋转式电涡流阻尼计算分析方法,最后总结建立了NEMD的两阶段设计方法.结果表明:NEMD实现了阻尼器惯性质量与电涡流阻尼的双重增效,显著提升了ECD的耗能减振效率;随着NEMD轴向速度的增加,电涡流阻尼力表现出先上升后下降的非线性特征;综合半理论半仿真与三维电磁场有限元仿真的电涡流阻尼力预测方法可以满足NEMD设计要求.     

T型橡胶减振器非线性特性分析与预压缩量设计

为研究T型橡胶减振器的结构型式和材料性能对其非线性动力学特性的影响,并提高其对飞行环境的适应能力,改善其在恶劣环境下的使用性能,提出了一种含分段线性刚度及阻尼和立方刚度的双层级非线性动力学模型。首先,对T型橡胶减振器进行了简化建模,并采用等价线性化方法,推导得到了分段线性系统的等效刚度和等效阻尼。其次,利用谐波平衡法分别数值模拟了等幅值外力载荷正弦扫频激励下分段线性刚度系统和立方刚度系统的非线性频响函数,验证了构建模型的有效性。最后,进行了T型橡胶减振系统在基础位移正弦扫频条件下的传递特性试验,并与数值计算结果进行了比对。研究结果表明,针对T型橡胶减振器,较低激励载荷即可导致结构型式的渐进软化,较高激励载荷才能引发材料性能的动态软化;该模型能够较好的模拟T型橡胶减振器具有的渐软刚度和渐小阻尼的非线性特性。此外,从航天工程应用的角度出发提出了针对大过载、强振动环境进行预压缩量设计的方法。     

磁流变阻尼器无模型前馈/反馈复合控制

为了实现磁流变（MR）阻尼器高可靠性和高精度的阻尼力跟踪控制,克服基于逆向动力学模型的前馈控制易受模型误差和外界干扰影响的问题,提出结构简单、实现容易的无模型前馈/反馈复合控制(MFFFFBC)方法. 利用磁流变液减振器阻尼力连续可调的特点,将磁流变阻尼器控制器前一时刻的控制量进行采样保持作为前馈控制器,以避免建立复杂的磁流变阻尼器逆向动力学模型. 利用期望阻尼力与实际阻尼力之间的跟踪误差信号构建反馈控制器对前馈控制量进行实时修正,利用饱和函数对控制电压进行限幅,以避免控制电压高频振荡. 试验结果表明,在MFFFFBC控制下输出电压连续光滑变化,与经典的基于Heaviside阶跃函数的控制相比,采用本研究所提出的控制策略,黏性阻尼力和摩擦阻尼力的跟踪误差分别减小了21.98%和26.64%.     

A Novel Shear Mode MR Damper and Its Mechanical Performance

一种新型剪切模式磁流变阻尼器及其机械性能

金京设^1,2,陈照波¹,张洋¹,金仁哲²

（1.哈尔滨工业大学机电工程学院,2.朝鲜, 金策工业综合大学）

创新点说明：

本文的创新之处是提出一种新型的剪切模式磁流变阻尼器,其特点是结构简单、磁流变液的需求量极少,液体注入方便。此外,将螺旋槽式结构应用于所提出的新型剪切阻尼器MR阻尼器,改善了磁流变阻尼器的机械性能。

研究目的：

提出一种可应用于振动控制系统的线性剪切模型磁流变阻尼器,改善磁流变阻尼器的机械性能。

研究方法：

描述了剪切模式磁流变阻尼器的结构设计方法。基于宾汉塑性模型建立其动态模型,并使用ANSYS / Emag软件通过有限元法模拟其阻尼特性。搭建了实验系统来测试所提出的剪切模式磁流变阻尼器的机械性能。实验系统由磁流变阻尼器、液压伺服试验机、LVDT位移传感器、拉压力力传感器、电源、信号调理装置和数据采集系统组成。

结果：

1）新型磁流变阻尼器工作时只需要少量的磁流变液,不需要气室和隔膜,可以避免由补偿体积引起的不必要的阻尼力。

2）将Bingham塑性模型应用于所提出的磁流变阻尼器,推导出了阻尼器的最佳设计参数。通过仿真模拟和实验测试研究了其机械性能,实验结果与模拟结果吻合良好。

3）为改善磁流变阻尼器的机械性能,使用螺旋槽式结构来增加磁流变液和阻尼通道界面之间的摩擦,提高了阻尼器的最大阻尼出力。随着磁通密度的增加,螺旋槽的影响更加显著,最大阻尼力的增长率可达到20％以上。

4）由螺旋槽引起的附加扭矩可以使活塞和磁芯之间发生相对旋转运动,从而增加阻尼器中磁流变液的回流,可以解决磁流变液的沉降和出现气泡的问题。

结论：

所提出的磁流变阻尼器的特征是具有螺旋槽的活塞,只需要少量的磁流变液,没有气室或隔膜,因而不会产生由气体压缩引起的不必要的阻尼力。基于对磁流变阻尼器进行流变特性的机械性能评估,开发了带有特定的螺旋槽式结构的阻尼器活塞。并且,通过数值模拟和实验测试,分析了具有螺旋槽活塞的磁流变阻尼器的机械性能。结果表明,螺旋槽可以增加活塞表面的摩擦系数,提高阻尼器的最大阻尼出力而且不会减小其阻尼系数。另外,可以通过适当地调节螺旋角度来增加磁流变液的回流,从而避免磁流变液的沉降问题。

关键词：剪切模式磁流变阻尼器;少量磁流变液;摩擦系数;阻尼系数

     

Performance of viscous fluid dampers coupling adjacent inelastic structures under near-fault earthquakes

The behavior of viscous fluid damper applied in coupling structures subjected to near-fault earthquake was studied. The structural nonlinearity was characterized by Bouc-Wen model and several near-fault ground motions were simulated by the combination of a recorded earthquake (background ground motion) with equivalent velocity pulses that possess near-fault features. Extensive parametric studies were carried out to find the appropriate damping coefficient. Performances of viscous fluid dampers were demonstrated by the relationship between the force and displacement, the maximal damper force and stroke. The control performances were demonstrated in terms of the response reductions of adjacent structures. The results show that the dynamic responses of adjacent structures are mitigated greatly. Proper damping coefficients of connecting fluid dampers have a small difference, while adjacent structures under different near-fault ground motions with the same peak acceleration. The maximum force of damper is about 0.8 MN, and the maximum damper stroke is about ±550 mm. Satisfied viscous fluid dampers can be produced according to the current manufacturing skills.     

磁流体-泡沫金属阻尼器减振性能的研究

基于磁流体的性质随磁场强度变化及泡沫金属孔隙微小、均匀等特点,将磁流体与泡沫金属两种材料结合,提出了一种新型磁流体阻尼器.建立了新型磁流体阻尼器的阻尼力模型及其减振系统的非线性数学模型.通过实验验证了磁流体阻尼器的减振性能.结果表明,提出的非线性模型能较为准确地反映新型磁流体阻尼器的阻尼力特性和减振特性;在一定参数范围内,该磁流体阻尼器能满足振动系统对不同阻尼的要求.     

半主动磁流变减振驱动器的工作原理及应用

为了降低土木工程结构的振动，采用具有能耗低，出力大，反应速度快的智能材料－磁流变液设计制作了一种新型的半主动控制装置－磁流变减振驱动器（MR damper)。介绍了磁流变液的工作机理，分析了磁流变减振驱动器的参数影响了设计装置时应考虑的因素。针对安装有磁流变减振驱动器的单自由度结构进行了仿真分析，结果表明合理的选择参数并结合较好的控制算法能够很好地控制结构的反应，结构的最大位移可降59％，基底剪力可降低37％。当不加磁场时，磁流变减振驱动器相当于被动的粘滞液体减振驱动器，仿真分析结果表明它降低了结构的反应，所以它是一种安全无故障装置。因此，磁流变减振驱动器是一种理想的半主动制装置。     

附加改进肘型斜撑阻尼器体系结构的简化设计与分析

介绍了阻尼器直接与梁柱节点相连的改进肘型斜撑阻尼器的安装方式,引入了这种阻尼器位移和力的放大系数表达式。为了便于工程应用,基于中国抗震规范设计反应谱提出了附加改进肘型斜撑阻尼器结构的简化设计和分析方法。在该设计方法中,阻尼器的阻尼系数按正比于其所在楼层层间模态位移的原则进行分配,以满足给定的性能水平要求。使用与设计反应谱相匹配的人工波对采用3种阻尼器安装方式的结构进行了时程分析,验证该方法的有效性。结果表明：与传统肘型斜撑阻尼器体系和对角斜撑阻尼器相比,改进阻尼器安装方式不仅能显著减少楼层位移反应,而且能降低楼层剪力需求。     

谐调盘片结构在干摩擦阻尼影响下的稳态响应研究

采用动柔度法建立一般的带有B-B型和B-G型两类干摩擦副的谐调盘片结构的动力学模型,并且应用谐波平衡原理进一步得到系统稳态周期响应幅值和相角的非线性代数方程组。最后,通过拟牛顿迭代算法对一个简化的谐调盘片结构数学模型进行数值仿真,给出其频响特性,着重分析干摩擦阻尼的影响作用。