高阻尼黏弹性阻尼器性能与力学模型研究
粘弹性阻尼器的计算模型
第18 卷第6 期2001 年12 月工程力学Vol.18 No.6Dec. 2001 ENGINEERING MECHANICS文章编号：1000-4750(2001)06-088-06粘弹性阻尼器的计算模型徐赵东1，周洲2，赵鸿铁2，沈亚鹏1（1. 西安交通大学博士后流动站，陕西西安710049；2. 西安建筑科技大学土木学院，陕西西安710055）摘要：本文介绍了粘弹性阻尼器的构造与性能，以及目前普遍用于分析粘弹性阻尼器的五种计算模型，提出了一种能够体现温度和频率影响的新计算模型—等效标准固体模型，然后通过实例分析，得出有关结论。
关键词：粘弹性阻尼器；计算模型；等效标准固体模型中图分类号：TU352.1, TH703.62 文献标识码：A1粘弹性阻尼器的构造与性能粘弹性阻尼器是用于结构抗风抗震工程中的一种新型耗能减震器，由粘弹性材料和约束钢板所组成。
典型的粘弹性阻尼器如图1 所示，它是由三块钢板夹两层粘弹性层所组成，钢板和粘弹性材料通过硫化的方法粘结在一起。
常用的粘弹性材料为高分子聚合物，这种材料既具有粘性又具有弹性。
在受到交变应力作用产生变形时，一部分能量象位能那样储图1 粘弹性阻尼器构造详图存起来，另一部分能量则被转化成热能耗散掉，在材料学中常用储能模量G 来衡量其储能1特性，用损耗模量G 来衡量其耗能特性，并引入一损耗因子i( i G / G )。
粘弹性材料2 2 1的剪切模量和损耗因子受环境温度和频率的影响尤为显著，其影响规律为：G 随温度的升1高而降低，随频率的升高而升高；i随温度的变化有一最大值，随频率的变化也有一最大值[1]。
这就说明：对于用特定的粘弹性材料制成的粘弹性阻尼器，其耗能性能受到温度和频率的影响，而且对于该阻尼器存在一最优使用温度和最优使用频率。
2粘弹性阻尼器的计算模型目前，描述粘弹性阻尼器力学性能的计算模型主要有五种：Maxwell 模型、Kelvin 模———————————————收稿日期：1999-12-08；修订日期：2001-02-25基金项目：陕西省自然科学基金项目(99C02) 作者简介：徐赵东(1975)，男，安徽潜山人，博士，西安交通大学博士后流动站，从事结构工程研究周洲(1974)，男，湖南湘阴人，硕士，从事结构抗震研究赵鸿铁(1939)，男，江苏常州人，教授，博士生导师，从事结构工程研究粘弹性阻尼器的计算模型 89 型、标准线性固体模型、四参数模型和有限元模型。
(铅)粘弹性阻尼结构的试验与研究
（铅）粘弹性阻尼结构的试验与研究粘弹性阻尼结构是一种结构控制技术，常用于建筑物、桥梁等工程中，通过引入粘弹性材料以提高结构的减振性能和耐震能力。
本文将介绍（铅）粘弹性阻尼结构的试验与研究，深入探讨其原理、设计与应用。
（铅）粘弹性阻尼结构在近年来得到了广泛的研究和应用。
它通过将铅等粘弹性材料引入结构，利用其特殊的动力学性能来减少结构的振动响应。
铅具有较高的密度和较好的粘弹性能，具备良好的能量耗散能力和调节能力。
因此，将铅材料引入结构可以有效减小地震或风载荷引起的结构响应，提高结构的安全性能。
（铅）粘弹性阻尼结构的设计与优化是关键问题。
首先，需要选取合适的粘弹性材料来实现对结构振动的控制。
目前，常用的粘弹性材料有铅、黄铜、聚氨酯等。
其中，铅材料具有较好的性能和可靠性，常被用于粘弹性阻尼结构中。
其次，需要确定阻尼器的数量、位置和刚度等参数。
这些参数的选择与结构的减振要求、材料的特性和实际应用有关。
通过试验与研究，可以得出不同参数设置下结构的振动响应，并进行优化。
试验是研究（铅）粘弹性阻尼结构性能的重要手段。
试验可以通过模型试验和全尺寸试验两种形式进行。
模型试验通常采用减比例模型来模拟实际结构，通过加载震动，观察结构的振动响应。
全尺寸试验则直接对实际结构进行试验，获取真实数据。
试验可以验证理论模型的准确性，评估结构的减振效果，为设计与优化提供参考。
同时，试验还可以研究结构在不同负荷条件下的响应特性，预测其在实际应用中的性能。
在试验中，需要关注结构的动态特性和粘弹性材料的性能。
动态特性包括自振频率、阻尼比等参数，可以通过振动台试验等方法测定。
粘弹性材料的性能包括刚度、阻尼比等指标，可以通过单轴压缩试验、拉伸试验等方法获得。
通过试验与研究，可以得出（铅）粘弹性阻尼结构的性能特点。
首先，该结构能够显著减小结构的振动响应，降低结构自身的振荡能量。
其次，该结构能够提高结构的耐震性能，增强结构的抗震能力。
最后，该结构具备较好的可预测性和可靠性，能够适应不同的结构类型和工程需求。
粘弹性阻尼器的计算模型及分析
青岛农业大学学报 （ 自然科学版 ） ２ （ ） １０～１２ ２０ ４ ２ ： ４ ４ ，０ ７
Ｊｕ ａ ｉ ｄｏＡ ｒｕｔｒｌ ｎｖｒｔ Ｎ ｔ ａ ｃ ｎｅ ｏｒ ｌｆＱｎ ａ ｇｉ ｌ ａ Ｕ ｉ ｓｙ（ ａｕ ｌ ｉ ｃ） ｎ ｏ ｇ ｃ ｕ ｅｉ ｒ Ｓｅ 文章 编 号 ：１０ — ７７ ２ ０ ）２— １０一ｏ ０ １ ３ １ （０ ７ ０ ０ ４ ３
降低 ， 随频率的升高而升高； 随温度的变化有一最 大值 ， 随频率的变化也有一最大值 。 Ｊ
２ 粘 弹性 阻尼器 的计算 模型
目前 ， 述 粘 弹性 阻 尼器 力学 性 能 的常 用计算 描
模型主要有 ３种 ， 分别 为 Ｋ ｌ ｎ ｏ ｔ ｅ ｉ —Ｖ ｉ 模型 ， ｖ ｇ 标准 线性 固体模型 ， 等效标准固体模型。
粘 弹性 阻尼器 的计算模 型及分析
李 刚 ， 于 经 冯秀梅 林新贤 ， ，
（ ．青岛农业大学建筑工程学院 ， １ 山东 青岛 ２ ６ ０ ２ ６ １９； ．莱 阳市房产交易监理所）
摘要 ： 介绍了阻尼器的构造 与力学性能 ， 研究分析 了用于分析粘弹性 阻尼器的 ３种计算模型 ， 并通过实例试验进行 了试 验结 果与计算模型 的对 比分析 ， 出了相关结 论。 得 关键词 ： 粘弹性阻尼器 ； 计算模型 ； 等效标准固体模型 ； 标准线性固体模 型
２ １ Ｋ ｌｉ ． ｅｖｎ—ｖ ｉｔ 型 ｏｇ 模
学性能及计算模型的研究 。作者研究分析了 ３ 种力 学计算模型 ， 然后通过对 兰陵橡胶厂 的 Ｚ ２ Ｎ ２阻尼 材料 性能试 验进行 计算 分析 ， 出了有 关结论 。 得 １ 粘 弹性 阻尼 器的力 学性能
粘弹性 阻尼器 是 由粘 弹性 材料 和约束 钢板所组 成 。常用 的粘 弹性 材 料 为 高分 子 聚 合 物 ， 种 材 料 这
粘弹性阻尼结构的试验与研究
粘弹性阻尼结构的试验与研究粘弹性阻尼结构是一种结构控制技术，在吊塔、桥梁、建筑物等领域得到广泛应用。
粘弹性阻尼结构能够通过增加粘弹性材料的阻尼特性来改变结构的动力响应，提高结构的抗震能力。
本文将系统介绍粘弹性阻尼结构的试验与研究。
粘弹性材料是一种同时具有固体和液体特性的材料，具有较高的粘滞性和弹性。
粘弹性材料在结构振动中能够将振动能量转化为热能耗散，从而减小结构的振动幅值，降低结构的振动响应。
首先，研究粘弹性材料特性的试验包括黏弹性材料的动态力学特性试验和材料本身的粘弹性特性试验。
动态力学特性试验是通过施加不同频率和振幅的力来探测材料的应变-应力关系。
这些试验可以帮助研究者了解材料的动力学响应特性，从而确定性能参数。
粘弹性特性试验则是通过施加不同应变速率和应变幅值的荷载来研究材料的粘弹性性能。
这些试验可以测量材料的粘弹性模量、损耗因子等重要参数。
其次，结构控制试验是为了研究粘弹性阻尼结构在实际结构中的应用效果。
结构控制试验通常通过加装粘弹性材料阻尼器来改变结构的动力响应。
试验者首先会对结构进行灵敏度分析，确定结构的最佳阻尼器位置和类型。
然后，在实验室或实际工程中，将粘弹性阻尼器装配到结构中，并根据设计要求进行试验。
试验过程中会记录结构的位移、加速度、振动幅值等响应参数，并与未加装阻尼器的结构进行对比。
通过试验数据的分析，可以评估粘弹性阻尼器的控制效果，并确定最佳的设计参数。
粘弹性阻尼结构研究领域的一项重要内容是模型验证。
模型试验是一种常见的方法，通过缩小结构的尺寸，将大型结构的动力响应特性放大到小尺寸实验模型上进行试验。
模型试验可以在实验室中对结构的控制效果进行研究和验证，从而为实际工程的应用提供参考。
在模型试验中，试验数据的准确性非常重要，因此试验仪器的校准和试验方法的设计都需要仔细考虑。
此外，最近几十年来，随着计算机技术和数值模拟能力的发展，数值模拟成为粘弹性阻尼结构研究的另一个重要手段。
数值模拟可以通过建立结构的数学模型，并采用合适的数值方法来模拟结构的动力响应。
粘滞流体阻尼器的力学性能试验研究
0引言钢筋混凝土框架结构在实际工程中应用广泛，中国的多次震害调查显示，强震作用下钢筋混凝土框架结构往往易于发生较严重的损伤破坏甚至倒塌，因此，提高建筑物抗震能力，尽量降低地震所造成的破坏，显得尤为重要。
在具体方法上，除沿袭传统的抗震思路提高结构自身的抗震性能外，也可以采用消能减震技术，通过在建筑物的抗侧力体系中设置消能部件，由消能部件的相对变形和相对速度提供附加阻尼，来消耗输入结构的地震能量，减小结构的地震响应，提高建筑物抗震水平。
工程减震设计中常采用粘滞阻尼器作为消能减震部件，粘滞阻尼器（Viscous Fluid Damper ，简称VFD ）是一种速度相关型阻尼器，阻尼器中的液体在运动过程中产生的阻尼力总是与结构速度方向相反，从而使结构在运动过程中消耗能量，达到耗能减震的目的，然而，一些阻尼器生厂商生产的产品中含有摩擦力，阻尼器在地震作用下并不能按照其所给结构参数工作，据此，本文进行了试验研究，并提出了考虑摩擦力影响的黏滞阻尼器的阻尼力计算公式。
1粘滞流体阻尼器的传统力学模型根据粘滞阻尼器产生阻尼力的原理的不同，可将阻尼器分为：利用封闭填充材料流动阻抗的“流动阻抗式”和利用粘滞体剪切阻抗的“剪切阻抗式”两类。
文中采用的是流动阻抗式粘滞阻尼器。
流动阻抗式粘滞阻尼器是一种典型的速度相关型阻尼器，根据阻尼指数α的取值可将粘滞阻尼器分为两类：当α=1时，为线性粘滞阻尼器；当α≠1时，为非线性粘滞阻尼器。
其表达式为F=CV α（1）式中C 为阻尼系数，V 为结构的速度，α为阻尼指数，其中阻尼指数α是粘滞阻尼器消能减振性能的重要指标之一。
α越小，表现出的非线性越强，阻尼器对速度的敏感性越高，即在很小的相对速度下就能输出较大的阻尼力，且阻尼力-位移曲线也越饱满，更能有效地减少结构振动。
因此，为了保证减震效果，需要对粘滞阻尼器进行性能试验研究，通过试验判断阻尼器实际的结构参数是否与厂家提供的一致，如果有误差，则应针对该类阻尼器提出新的力学计算模型，以供减震结构的分析和参考。
黏滞阻尼器的进展及其动力学分析李政忠
黏滞阻尼器的进展及其动力学分析李政忠发布时间：2021-08-10T07:03:24.522Z 来源：《基层建设》2021年第15期作者：李政忠[导读] 随着建筑高度的增加，结构的侧向变形和舒适度问题逐渐突出。
传统方法通过改进结构体系、提高结构刚度广州大学土木工程学院广东广州 510006摘要：随着建筑高度的增加，结构的侧向变形和舒适度问题逐渐突出。
传统方法通过改进结构体系、提高结构刚度、强度和延性来提高结构抗震和抗风能力，其造价随结构高度的增加成倍增长。
黏滞阻尼器可以通过阻尼系数，进而耗散地震能量。
本文为探寻黏滞阻尼器的作用机理，结合其力学模型进行分析。
关键词：结构抗震；黏滞阻尼器；力学模型引言在结构物的某些部位（节点或联接处）装设黏滞阻尼器，在风荷载或微小地震下，这些阻尼器处于刚弹性状态，结构物具有足够的侧向刚度以满足正常使用的要求；强地震发生时，随着结构受力和变形的增大，这些阻尼器率先进入非弹性状态，产生较大阻尼，大量消耗输入结构的地震能量，从而使主体结构避免进入明显的非弹性状态并迅速衰减结构的地震反应，保护主体结构。
从动力学观点看，黏滞阻尼器的作用相当于增大结构的阻尼。
地震作用下，结构会产生自由振动，而阻尼力可以引起结构能量大耗散，使结构振幅逐渐变小。
1 力学模型黏弹性阻尼器属于速度型阻尼器，滞回曲线一般呈椭圆型。
为了精确的研究黏滞阻尼器的动力特性，采用开尔文模型、麦克斯韦尔模型进行分析[1]。
（1）麦克斯韦尔模型（Maxwell模型）麦克斯韦尔模型为一个弹簧单元和阻尼单元串联而成，其力和位移的关系式为：2 黏滞阻尼器国内外的发展与应用结构工程用液体黏滞阻尼器产品特点的发展过程如下：以胶泥为填充材料（第一代）；采用各种阀门控制阻尼器参数并使用蓄能器（第二代）；以小孔激流方式控制阻尼器参数（第三代）[2]。
黏滞阻尼器是速度相关型阻尼器，根据产品外形来划分为，主要包括杆式黏滞阻尼器、黏滞阻尼墙和缸筒式黏滞阻尼器[3]（也称三向黏滞阻尼器）。
建筑结构粘弹性阻尼耗能研究
４（ Ｉ ）
…
…
图 ２ 阻 尼 层 惯 性 矩
图 ３ 阻尼层 惯性矩
与 结构振 动 衰减 因子
与 自振 频率
［
／ 一一 Ｐ Ｒ Ｘ ＰＲ
一
＋
Ｑ — Ｒ
＋
— ＰＱ
ｃｍ 式
ＰＱ Ｒ
（ 在结构 剪力 墙 内添 加 阻尼 材料 层后 ， 构振 动衰 １ ） 结 减 因子 随所添加 的阻尼层 所 占惯性 矩增 加而 增大 。 由此
式为 ：
４
广东建材２１ 年第 ７ ００ 期
研究与探讨
根 据 结构设 计 的一般 经验 ， ： 取
Ｅ ３×１ Ｎ ｍ，ｏ３ ０ ｍ， １ ＝ ｋ ／ Ｉ＝ ０ ０ Ｅ＝ １ ７ ／ 。Ｉ ０～ ０ ５× ｋ ｍ， ＝ ０ Ｎ
３ ０ Ｎ ３ ｐ＝ ５ ０ ｋ ／ Ｈ ６ ｍ １＝ Ｏ Ｐ ０ ｍ ， ＝ ， ７ ０ ０ ｇ ｍ， ＝ ０ ，ｒ１Ｉ Ｇ ａ。
一ｕ
ａ ｘ
＋ ｍ
ａ ｔ
＝ ０
（ １ 式 ）
＝ ＋ 。 Ｅｌ
其 中
ａｘ
为各 连梁对 墙肢 约束弯 矩 。
＋ Ｉ ＋ Ｅｏｉ
ｌ ｐ ＋ １∞
（ ７ 式 ）
引 入
Ｙ（ ， ） ｙ【 ） Ｘｔ ＝ Ｘ ｅ
＝ （ ｅ ‘ｅ ｙ Ｘ） ： （ ｅ ‘（ｃ ｓ（１ ｔ ｓ ｎ １ ） ｙ Ｘ ） ｓ（ ｉ ） ： （ ）～ （ ｏ ＾ ＋ ｉ ｙ ＾ ） ｔ）
九 ： Ｈ
， ，Ｈ 入 ：、
（ ４ 式 ）
（ ３ 式 ） 粘 壶并 联后 再与之 串联 的弹簧 ２弹性 模量 。
将 （） （） 入 （） 并令 ７ 、８代 ６，
粘弹性阻尼结构的性能_分析方法及工程应用
第18卷第3期1998年9月地震工程与工程振动EA RT HQ U A K E ENG IN EERIN G AN D EN G IN EER IN G V IBRA T IO NV ol.18,No.3Sep.,1998粘弹性阻尼结构的性能、分析方法及工程应用*周 云 徐赵东 赵鸿铁(中国广州 510405华南建设学院西院)(中国西安 710055 西安建筑科技大学)(中国哈尔滨 150001 哈尔滨工业大学博士后流动站)摘 要 本文系统地介绍了粘弹性阻尼器和粘弹性阻尼结构的研究与应用情况,主要包括粘弹性阻尼材料的性能特征;粘弹性阻尼器的构造、减震原理及力学模型;粘弹性阻尼结构的性能、分析方法与设计方法及工程应用。
对粘弹性阻尼结构的适应性、安全性、经济性进行了评述,提出了今后应加强研究的若干问题。
主题词:粘弹性阻尼器 粘弹性阻尼结构 耗能 减震中国图书分类号:P 315.966*广东省自然科学基金项目,建设部科技项目和广州市建委科技项目收稿日期:1998-04-20 周 云 男 33岁 副教授 博士后 华南建设学院西院 邮编5104051 引言粘弹性阻尼器是一种被动减振(震)控制装置,它主要依靠粘弹性材料的滞回耗能特性,增加结构的阻尼,减小结构的动力反应,以达到减振(震)目的。
近20年来,国内外研究者对粘弹性阻尼器及粘弹性阻尼结构进行了大量的研究,已将粘弹性阻尼器应用于高层建筑中减小风振和地震反应,取得了良好的效果。
本文综合介绍了粘弹性材料的性能、粘弹性阻尼器的性能及力学模型,粘弹性阻尼结构的性能、分析方法、设计方法和工程应用,并对粘弹性阻尼结构的适用性、安全性、经济性进行了评价。
有关结论及方法可供进一步深入研究和工程应用参考。
2 粘弹性材料的性能与特点粘弹性材料是一种高分子聚合物,可分为橡胶和塑料两大类别。
由于聚合物材料分子链组成网络的压缩、错动和松驰会耗散能量,产生阻尼,故可用它来增加结构的阻尼。
高阻尼聚氨酯弹性体的研究
河北工业大学硕士学位论文高阻尼聚氨酯弹性体的研究姓名：刘会强申请学位级别：硕士专业：化学工艺指导教师：李彦涛20090301河北工业大学硕士学位论文高阻尼聚氨酯弹性体的研究摘要阻尼材料的发展始于20世纪50年代，是一种能吸收振动机械能并将之转化为热能而耗散的新型功能材料。
高分子阻尼材料具有阻尼温域宽、阻尼因子高的特点。
聚氨酯(PU)作为阻尼材料的优势在于可以通过调节软硬段的比例而获得宽温域、高性能的阻尼材料。
常用的提高阻尼性能的方法主要有两类:一是改变高聚物的大分子结构。
通过接枝、嵌段等方法来改变分子链的刚性结构，调节主链与侧链上刚性链与柔性链的不同配比；二是互穿聚合物网络(IPN)技术，可以通过网络互穿和链缠绕效应有效地控制高分子共混物组分间的相容性，拓宽阻尼温域。
但是，互穿网络技术合成的PU弹性体强度太低，不能用于需要强度较高的领域。
本文广泛的研究了聚酯型、聚醚型等不同类型的PU弹性体的阻尼性能和力学性能。
并且用自制的侧基含量较高的聚酯二醇合成了PU阻尼材料，进一步考察了硫化温度、硬段、扩链剂、频率对自制聚酯二醇PU弹性体性能的影响。
采用嵌段、接枝的方法改善其性能，调整PU弹性体tanδ>0.3的有效阻尼温域范围。
实验结果表明：添加自制软化剂后，用样品1制备的聚氨酯弹性体的阻尼温域明显向低温移动，tanδ>0.3的温域基本涵盖室温应用领域。
随着接枝率的提高，聚氨酯弹性体的阻尼性能明显提高，同时力学性能降低，当接枝率为10%时，PU弹性体的综合力学性能较好。
关键词：PU弹性体，阻尼性能，力学性能，嵌段，接枝i高阻尼聚氨酯弹性体的研究iiTHE RESEARCH ON HIGH DAMPING POLYURETHANE ELASTOMERABSTRACTThe development of damping materials was began in 1950s,when they were used in soundand vibrationg damping areas.Damping materials were novel functional materials that were efficient in converting sound and mechanical vibration energy into heat that resulted in absorption. Polyurethanes were particularly attractive for a study of the effect of chemical structure on damping because it was possible to change their glass transitions over a wide range of temperature by transform of the ratio of hard and soft segments.There were two metheods which were always been used to improve the damping properties of polyurethanes. One of the major methods was to design macromolecular polymer structure. Another one was IPN technique. However,the PU elastomer synthesized by IPN technique had low intensity,that can not be used for high-intensity areas.In this paper,the damping properties and mechanical properties of many kind of PU elastomer had been studied such as polyester PU elastomer,polyether PU elastomer and so on.Self-made sample was selected to synthesized PU elastomer and we have studied the effect of curing temperature，hard segment，chain extender and frequency on the damping properties and mechanical properties of the PU elastomer. Block and grafting methods were used to improve the properties of PU elastomer and adjust the temperature range at tanδ>0.3 .The results showed that:After sample 1 were mixed with self-made softener, the damping temperature domain of PU elastomer moving to the low-temperature clearly so that it covers the room temperature range. With the increase of grafting-rate, the damping properties of PU elastomer was improved obviously, at the same time the mechanical properties of PU elastomer decreased.When the grafting-rate was 10%, the integrated Performance of PU elastomer is better.KEY WORDS: PU elastomer,damping properties,mechanical properties, block, grafting河北工业大学硕士学位论文第一章绪论§1-1 前言随着现代工业的发展，振动工具和产生强烈振动的大功率机械不断增多，各种机械设备在运转及工作过程中带来的振动危害也日益严重[1]。
219527532_粘弹性约束阻尼层结构的动力学性能研究
尼峰，其损耗因子在0. 1～0. 8之间，故丁基橡胶可
较好地应用于减振降噪领域。
采 用 式（8）对 扫 描 频 率 数 据 进 行 拟 合 以 表
征 丁 基 橡 胶 阻 尼 层 的 储 能 模 量 与 损 耗 模 量，从 图 3（b）可 以 看 出 ，分 数 阶 导 数 K - V 模 型 可 以 较 好 地
由 上 可 知，约 束 阻 尼 层 结 构 的 结 构 损 耗 因 子
与β，X，Y有关，当β和Y一定后，X的最优解（Xo）为
Xo =
1 ^1 + Y h^1 + b2h
（5）
结构损耗因子的最大值（ηmax）为
hmax
=
2
+
bY Y+
2/Xo
（6）
综 上 可 知：当 X ＜ Xo 时，增 大 粘 弹 性 材 料 的 E′
约束阻尼层结构的前6阶固有频率与阵型如
图5所示。 2. 2 谐响应分析
通过谐响应分析可以计算悬臂梁结构在频率
为50～2 050 Hz时受0.009 8 N周期性激励力的稳态
30
50
ຝऎć
（a）温度扫描（频率5 Hz）
10 1
8
ഽ᧢MPa
6
4 2
2
0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 70
0
50
100
150
200
ᮨဓHz
1—E′ ；2—E″ 。
（b）频率扫描（温度30 ℃）
图3 丁基橡胶阻尼层材料的动态力学性能 Fig. 3 Dynamic mechanical properties of butyl rubber
粘弹性聚合物材料力学模型的研究
粘弹性聚合物材料力学模型的研究近年来，粘弹性聚合物材料被越来越广泛地用于各种工程领域，特别是航空、航天、船舶、机械、电子、汽车等领域，表现出较强的物理机械性能、电化学性能和耐腐蚀性等优势，因此被越来越多地重视。
然而，针对其力学性能的研究却较少，因此，研究其力学模型及其影响因素将有利于正确预估和理解粘弹性材料的力学性能，并为设计制造出更好性能的粘弹性材料提供优化的理论指导和实验参考。
一、粘弹性聚合物材料的介绍粘弹性聚合物材料是一种有机合成材料，主要由碳氢单元组成，包括乙烯、丙烯、苯乙烯等单体聚合而成，常用于工程领域，具有易加工、耐热、耐化学等优点，而且具有比较良好的抗热变形性能，是一种具有粘弹性特性的热塑性树脂，这种材料具有优异的机械强度和热安定性。
二、粘弹性聚合物力学模型研究（1）模型的基本概念粘弹性聚合物力学模型是一种描述粘弹性特性的数学模型，包括应力应变关系、能量损失和应变寿命等。
它的基本内容是表达材料的变形特性，主要包括：（1）其变形特性的指数，即弹性模量K和黏弹性模量；（2）本构模型的力学参数，包括能量损耗模量和应变损耗函数；（3）位移应变关系，即计算应变能量与位移变量的关系；（4）机械参数，包括弹性模量、塑性弹性模量、位移应变率、能量损失模量和应变损耗函数等。
（2）研究内容研究内容主要包括粘弹性聚合物材料的力学特性、粘弹性聚合物材料力学模型和模型应用研究。
1、粘弹性聚合物材料力学特性研究：针对不同类型的粘弹性聚合物材料，通过实验测量材料的力学特性，如拉伸性能、抗压性能、抗弯性能、冲击性能、回弹性等，以及温度和湿度等环境因素对材料性能的影响。
2、粘弹性聚合物材料力学模型研究：根据粘弹性聚合物材料的物理机械性能，建立其力学模型，以及分析模型中变形特性的指数和机械参数的变化规律，进而阐明粘弹性聚合物材料的变形性质及其变形机理。
3、粘弹性聚合物材料力学模型应用研究：根据粘弹性聚合物材料的力学模型，模拟及分析复合结构中粘弹性聚合物材料及复合结构设计参数等对力学性能的影响，以提高复合结构性能。
粘弹性材料的力学特性分析与性能优化
粘弹性材料的力学特性分析与性能优化摘要粘弹性材料具有非线性、时变的应力-应变关系，广泛应用于各个行业中。
本论文针对粘弹性材料的力学特性进行分析，并提出了相应的性能优化方法。
首先，介绍了粘弹性材料的定义和基本特性，包括线性粘弹性、非线性粘弹性和时变粘弹性。
然后，讨论了粘弹性材料的力学模型，包括弹性模型、粘性模型和粘弹性模型，并对各种模型进行了比较和评价。
接下来，介绍了粘弹性材料的试验方法和测试设备，包括拉伸试验、剪切试验和动态力学测试。
最后，讨论了粘弹性材料的性能优化方法，包括材料改性、工艺优化和结构优化。
通过这些方法，可以改善粘弹性材料的力学性能和使用寿命，提高产品的竞争力。
关键词：粘弹性材料；力学特性；力学模型；试验方法；性能优化1. 引言粘弹性材料是一类具有非线性、时变的应力-应变关系的材料，具有很高的应用价值。
在工程领域中，粘弹性材料被广泛应用于减振、隔振、密封、涂层等领域。
然而，由于粘弹性材料的复杂性，其力学特性分析和性能优化仍然面临很大的挑战。
2. 粘弹性材料的定义和基本特性粘弹性材料是指同时具有粘性和弹性的材料。
在应变速率较低时，粘弹性材料表现出弹性特性，即在去除外加载荷后仍能保持原始形态。
而在应变速率较高时，粘弹性材料表现出粘性特性，即在去除外加载荷后会发生形变。
因此，粘弹性材料的应力-应变关系是非线性、时变的。
3. 粘弹性材料的力学模型粘弹性材料的力学模型可以分为三类：弹性模型、粘性模型和粘弹性模型。
弹性模型假设粘弹性材料没有粘性特性，即应力与应变之间的关系只与弹性模量有关。
粘性模型假设粘弹性材料没有弹性特性，即应力与应变之间的关系只与黏度有关。
粘弹性模型则综合考虑了粘弹性材料的粘性和弹性特性，可以更准确地描述其力学特性。
4. 粘弹性材料的试验方法和测试设备粘弹性材料的力学特性可以通过试验方法和测试设备进行评估和验证。
常用的试验方法包括拉伸试验、剪切试验和动态力学测试。
拉伸试验主要用于评估粘弹性材料的弹性模量和应力-应变关系。
粘弹性材料的力学性能研究
粘弹性材料的力学性能研究粘弹性材料是一类具有特殊力学性能的材料，在各个领域都有广泛的应用。
本文将探讨粘弹性材料的力学性能研究，包括其定义、测试方法以及应用领域。
一、粘弹性材料的定义粘弹性材料是指既具有粘性（Viscosity）又具有弹性（Elasticity）的材料。
它们在受到外力作用时，既可以发生形变，又能恢复到原始状态。
粘弹性材料的力学行为常常被描述为粘滞弹性现象。
二、粘弹性材料力学性能的测试方法1. 粘滞性测试：粘滞性是指材料抵抗形变的能力，常用的测试方法包括剪切黏度测试、拉伸黏度测试等。
2. 弹性性测试：弹性是指材料在受力后能够恢复到原始状态的能力。
弹性性测试可以通过应力-应变曲线、弹性模量等进行。
3. 剪切模量测试：剪切模量是指材料在剪切载荷下承受的应力和应变之间的比值。
剪切模量的测试可以通过剪切试验获得。
4. 蠕变测试：蠕变是指材料在持续应力作用下发生的时间依赖性形变。
蠕变测试可以通过施加恒定应力后观察材料的变形情况。
三、粘弹性材料的应用领域1. 医学领域：粘弹性材料在医学领域中应用广泛，常用于仿生组织材料、医疗器械等的研发。
2. 建筑领域：粘弹性材料在建筑领域中的应用主要涉及隔震、减振等方面，可以提高建筑物对地震等外界震动的抵抗能力。
3. 航空航天领域：粘弹性材料常用于飞机、航天器等高性能结构件的制造。
其粘滞性、弹性等特性能够提高材料在复杂环境下的可靠性。
4. 汽车工业：粘弹性材料在汽车工业中的应用主要包括减震、隔声、密封等方面，可以提高汽车的舒适性和安全性。
5. 电子产品：粘弹性材料在电子产品中的应用主要涉及散热、缓冲、保护等方面，可以提高电子产品的性能和可靠性。
结论粘弹性材料的力学性能研究对于材料的开发与应用具有重要意义。
通过合理的测试方法，可以深入了解粘弹性材料的特性，并将其应用于各个领域，为社会的发展和进步做出贡献。
参考文献：1. 李同伟，胡力耀，王香，等. 粘弹性材料力学性能研究进展[J]. 北京航空航天大学学报. 2019(1).2. 李春波，李国强，徐建平. 粘弹性材料力学性能测试方法研究[D]. 东北大学. 2018.3. Ponnurangam R, Sethuraman S, Palsule S. Viscoelastic properties of engineering materials—A review[J]. Materials Science and Engineering: A. 2012, 556: 1-16.4. Zener C. Internal friction in solids: a comprehensive solution of a simple 'beetle's problem[J]. Physical Review. 1948, 73(7): 652-660.。
黏弹性阻尼器的力学性能试验研究
度退化小，表现出良好的耗能性能和抗疲劳性能。
关键词：阻尼器，黏弹性阻尼器，力学性能，疲劳试验
中图分类号：ＴＵ３１７．２
文献标识码：Ａ
消能减震装置按所用材料主要可分为金属阻尼器、黏弹性阻 为频率组、幅值组和疲劳组，分别研究加载频率、应变幅值及加载
尼器、黏滞阻尼器、智能材料阻尼器等，其中黏弹性阻尼器是一种 周期数对阻尼器力学性能的影响。试验过程中的环境温度保持
ｏｎ，ｃｏｍｂｉｎｉｎｇｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅｌｉｇｈｔｓｔｅｅｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｙｓｔｅｍａｎｄｓｏｏｎ，ｔｏｅｘｐｌｏｒｅｉｔｓｂｅｔｔｅｒａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｇｒｏｕｎｄｃｏｎ
ｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｏａｌｍｉｎｅｍｅａｓｕｒｅｓ．
摘 要：采用国产的橡胶材料制成了一种黏弹性阻尼器。对该黏弹性阻尼器进行了低周反复加载试验和疲劳试验，分析了应变幅
值和加载频率对黏弹性阻尼器最大剪应力、储能剪切模量和损耗剪切模量等力学性能指标的影响。研究表明，黏弹性阻尼器各项
力学性能指标稳定，受加载频率影响较小，但与应变幅值相关性较明显。黏弹性阻尼器具有较强的大变形能力，滞回曲线饱满，强
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌｉｇｈｔｓｔｅｅｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｙｓｔｅｍ，ｃｏａｌｍｉｎｅｇｒｏｕｎｄｂｕｉｌｄｉｎｇ，ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｃｏｓｔ
收稿日期：２０１８０５２６ 作者简介：陈国谊（１９８９），男，助理工程师
第２０４４１卷８第年 ２８２期月 陈国谊：黏弹性阻尼器的力学性能试验研究
$,
$!%
$%% &$%
$+
'%%
$%%
.
/
0
! "#$%&'()*+,!
建筑论文：新型黏滞阻尼器力学性能试验研究及实用仿真
建筑论文：新型黏滞阻尼器力学性能试验研究及实用仿真第1章绪论1.1选题背景与意义“正常”地壳震动，有机会引发地震，这是不可避免的。
全球地震每年发生500多万次，根据地震的统计数据：人类能感觉到的超过50000次；可以造成伤害的超过1000次；可以造成灾难的大约十几次；超过8级以上的平均每年约有1.2次[1]。
严重的地震会导致结构在几秒钟的时间内产生严重损坏，可以在短时间之内让车水马龙的城市变成无人问津的废墟[2]。
地震也可能引起次生灾害，如海啸，火山爆发、山体滑坡、核泄漏、煤气泄漏、化工厂毒气泄漏等，是最具破坏性的，也是最严重威胁到人类和自然的自然灾害[3]。
我国和其他国家人民的生命及财产遭受了巨大的威胁及损害，都是由已经发生和将要发生的地震造成的：2011年3月，在日本发生剧烈地震，不仅引发了海啸，也导致了核电站泄漏，日本全国乃至周边地区都造成了巨大的影响。
2008年在四川发生震惊世界的 5.12汶川大地震，超过69000人死亡，超过18000人失踪，数百万人无家可归，约8451亿人民币的直接经济损失。
2010年4月14日，在中国的青海玉树地区发生7.1级地震灾难，超过2000人死亡，受伤人数超过12000人，约十万人住房被摧毁，直接经济损失超过6400亿元。
总之，考虑到地震对人身安全性、建筑物、经济构成会造成严重损害，由于地震的偶然性，不能准确预测，又由于地震发生的必然性，设计合理的减震防灾结构预防地震所造成的严重破坏成为需要。
各个国家的科研人员及政府部门为了减少地震造成的损害，都在积极探索着新的方法[4]。
工程结构耗能方面，很多国家已把研究成果在工程实践中应用，并发展新研究方向。
在地震发生次数较多的国家，耗能减震已经成为研究领域的一个大热点[5]。
.........1.2国内外研究现状近年来，结构阻尼减震系统得到了快速发展，随着各项检测技术的不断提高，测试方法和计算方法不断改进，能量耗散系统已经逐渐取代了传统的地震防震体系成为结构抗震的第二道防线。
粘弹性力学研究
粘弹性力学研究一、引言粘弹性力学是研究物质在受到外力作用下表现出的黏弹性特性的学科，广泛应用于材料科学、工程力学和生物医学等领域。
本文旨在探讨粘弹性力学的研究进展和应用。
二、粘弹性力学的概念和特性1. 粘弹性的定义粘弹性是指物质在受力作用下既具有粘性（viscosity）又具有弹性（elasticity）的特性。
粘性使物质能够保持形变，而弹性使其具有恢复原状的能力。
2. 粘弹性的特点（1）时效性：物质的粘弹性特性会随着时间的推移而发生变化。
物质在受力作用下会逐渐产生应力松弛或应变积累。
（2）非线性：粘弹性行为通常不服从线性规律，而是具有复杂的非线性响应。
（3）温度敏感性：温度变化会显著影响物质的粘弹性特性，不同温度下的物质表现出不同的粘弹性行为。
三、粘弹性力学的数学模型1. 麦克弗森模型麦克弗森模型是最简单的粘弹性模型之一，将物质的粘弹性行为描述为阻尼器和弹簧并联的复合系统。
该模型可以用来解释线性粘弹性物质的行为。
2. 邓科-楞茨模型邓科-楞茨模型是一种常见的粘弹性模型，它通过引入多个弹簧和阻尼器的并联组合，更好地描述了非线性粘弹性物质的行为。
该模型可以用于解释生物软组织等复杂材料的粘弹性行为。
四、粘弹性力学的应用1. 材料科学领域粘弹性力学在材料科学的研究中起到了重要作用。
通过研究材料的粘弹性特性，可以设计出更具韧性和耐久性的材料，提高材料的应变容限和抗疲劳性能。
2. 工程力学领域在工程力学中，粘弹性力学被广泛应用于结构和材料的设计与分析。
例如，在土木工程领域，研究土壤的粘弹性特性有助于更准确地预测土壤的变形和承载能力。
3. 生物医学领域粘弹性力学在生物医学领域的应用越来越受到关注。
通过研究生物组织的粘弹性特性，可以为疾病的早期诊断和治疗提供重要依据。
例如，通过测量肿瘤组织的粘弹性特性，可以评估肿瘤的恶性程度和治疗效果。
五、总结粘弹性力学是一门研究物质粘性和弹性相互作用的学科，其概念和模型为材料科学、工程力学和生物医学等领域的研究和应用提供了基础。
新型黏弹性阻尼器性能试验研究
ａ ｎ ｃ ｅ ｆ ｏ ｒ ｓ ａ ｍｐ ｌ ｉ ｎ ｇ ｉ ｎ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ Ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｓ ｅ ｓ ｔ ａ ｎ ｄ ａ ｒ ｄ Ｄ ａ ｍ ｐ ｅ ｒ ｓ ｆ ｏ ｒ Ｖ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ Ｄ ｉ ｓ ｓ ｉ ｐ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｂ ｕ ｉ ｌ ｄ —
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 ，
ｉ ｃ ｓ ｈ ｅ ａ ｉｎ ｆ ｇ ｄ ｅ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ，ｓ ｏ ａ ｓ ｔ ｏ ｉ ｍｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｕｃ ｒ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ ｄ ａ ｍｐ ｉ ｎ ｇ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ａ ｎ ｄ ｒ ｅ ｄ ｕｃ ｅ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｕｃ ｒ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ ｒ ｅ ｓ ｐ ｏ ｎ ｓ ｅ ｓ ｄ ｕ ｒ — ｉ ｎｇ ｅ ａ ￣ｈ ｑ ｕ ａ ｋ ｅ ｏ ｒ ｗｉ ｎ ｄ－ ｉ ｎ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ ｖ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｓ ．Ｉ ｎ ｔ ｈｉ ｓ ｐａ ｐ ｅ ｒ ，ｔ ｈ ｒ ｅ ｅ ｖ ｉ ｓ ｃ ｏ ｅ ｌ ａ ｓ ｔ ｉ ｃ ｄ ａ ｍｐ ｅ ｒ ｓ ｗｉ ｔ ｈ ａ ｄ ｖ ａ ｎｃ ｅ ｄ ｍａ ｔ ｅ ｉａ ｒ ｌ ，
ｗ ｈ ｉ ｃ ｈ ｗ ｉ ｌ ｌ ｂ ｅ ｕ ｓ ｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｎ ｅ ｗ ｔ ｏ ｗ ｅ ｒ ｐ ｒ ｏ ｊ ｅ ｃ ｔ ｏ ｆ Ｎ ａ ｎ ｊ ｉ ｎ ｇ Ｄ ａ Ｂ ａ ｏ ￣ ｎ Ｔ ｅ ｍ ｐ ｌ ｅ ， ａ ｒ ｅ ｔ ｅ ｓ ｔ ｅ ｄ ｔ ｏ ｅ ｖ ａ ｌ ｕ ａ ｔ ｅ ｔ ｈ ｅ ｉ ｒ ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍ －
粘弹性力学的研究与应用
粘弹性力学的研究与应用引言：粘弹性力学是物理学中一门重要的研究领域，它研究了固体或液体在受力作用下的变形与流动行为。
这一领域的研究不仅对于物理学的发展有着重要意义，也涉及到众多应用领域，包括材料科学、地质勘探、生物学等。
本文将详细探讨粘弹性力学的相关定律、实验准备和过程，并介绍其在实际应用和其他专业性角度上的意义。
一、粘弹性力学的相关定律1. 胡克定律：胡克定律是粘弹性力学的基础定律之一，它描述了固体在弹性范围内的应力与应变之间的线性关系。
根据胡克定律，应力等于弹性模量乘以应变。
胡克定律的公式可以表达为：σ = Eε，其中σ为应力，E为弹性模量，ε为应变。
2. 黏弹性本构定律：黏弹性本构定律是粘弹性力学的另一个重要定律，它描述了材料在受力作用下的失去弹性而发生流变行为的规律。
黏弹性本构定律可以通过连续介质力学的理论推导得到，其中最为常用的是弹簧-阻尼器模型。
该模型描述了材料在受力作用下同时存在弹性回复和黏性流动的特性。
二、实验准备和过程1. 实验准备：在进行粘弹性力学的研究中，需要准备一些实验设备和材料。
常见的实验设备包括粘弹性材料测试机、荷载传感器、变形测量仪等。
而在材料准备方面，可以选择一些常见的粘弹性物质，比如聚合物材料、生物组织等。
2. 实验过程：（1）材料应力-应变测试：首先，需要将待测材料放置在测试机上，施加外力使其发生变形。
利用荷载传感器和变形测量仪可以测量到材料的应力和应变数据。
在测试过程中，需要记录下不同应力下的应变值，并绘制应力-应变曲线。
（2）流变学测试：在流变学测试中，常用的实验方法有剪切应力-切变速率测试和弛豫测试。
在剪切应力-切变速率测试中，通过施加不同剪切应力并测量切变速率，以获得材料的剪切应力-切变速率关系。
而在弛豫测试中，通过施加切变应力，然后观察材料的弛豫过程，以获得其黏弹性特性。
三、粘弹性力学的应用1. 材料工程：粘弹性力学在材料工程方面的应用非常广泛。
通过研究材料的粘弹性特性，可以更好地设计和控制材料的性能。
粘弹性材料的力学行为研究
粘弹性材料的力学行为研究粘弹性材料是一类具有特殊力学行为的材料，它们同时具有粘性和弹性特性。
在过去的几十年中，对于粘弹性材料的力学行为进行了广泛的研究。
本文将探讨粘弹性材料的力学行为以及其在科学研究和工程应用中的潜在意义。
首先，我们简要介绍粘弹性材料的基本特性。
粘弹性材料在施加外力时会产生一种渐进型的应变响应，即应变与时间的关系是非线性的。
这种时间依赖性是粘弹性材料独特的特征，也是其与其他材料（如弹性材料和塑料材料）之间的显著区别之一。
对于粘弹性材料的力学行为进行深入研究，有助于改善材料的性能和设计更可靠的工程结构。
例如，在飞机结构中，粘弹性材料可以被用来减震和消音，提高舒适性和飞行安全性。
此外，对粘弹性材料的理解也有助于医学领域的发展，例如，对生物组织的力学行为的研究。
在研究粘弹性材料的力学行为时，一个重要的参数是材料的应力松弛和应变蠕变。
应力松弛是指在保持应变不变的情况下，材料的应力随时间逐渐减小。
应变蠕变则是指在保持应力不变的情况下，材料的应变随时间逐渐增加。
这两种现象都是粘弹性材料时间依赖性的重要体现。
粘弹性材料力学行为的描述可以使用Kelvin-Voigt模型或Maxwell模型等来近似。
这些模型描述了粘弹性材料的应力和应变之间的关系，并使用一些常数来表示材料的特性。
然而，由于粘弹性材料的复杂性，单个模型通常无法准确描述所有的力学行为，因此研究者们提出了各种改进的模型和理论。
除了力学行为的描述模型，对于粘弹性材料的研究还包括对材料的形变和破坏行为的研究。
粘弹性材料在受力条件下可能会发生形变，例如拉伸、压缩或剪切。
理解材料形变的过程可以帮助我们设计更强大和更耐用的材料。
此外，粘弹性材料的破坏行为也是一个重要的研究方向。
研究粘弹性材料的破坏机制可以帮助我们改进材料的结构，从而提高其使用寿命。
在实际应用中，粘弹性材料的力学行为还涉及到材料的温度和湿度等环境条件的影响。
温度和湿度对粘弹性材料的弹性模量、黏度和应力松弛等参数有显著影响。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
高阻尼黏弹性阻尼器性能与力学模型研究周云;松本达治;田中和宏;林绍明;吴从晓;张亚军;阎崇兵【摘要】An experimental study on two high damping viscoelastic dampers were presented.Maximum shear stress,storage shear modulus,loss shear modulus and equivalent viscous damping ratio were measured under different loading schemes in order to study the variation of the viscoelastic damper properties.Sinusoidal loading schemes with different displacement and frequency control were used.The mechanical properties of the dampers under various strain amplitudes and loading frequencies were investigated.Fatigue test was also conducted.The non-linear hysteretic behavior of the viscoelastic damper was similated by adopting a five unit model.The results show that the hysteresis curves of this kind of high damping viscoelastic dampers are plump and stable.The equivalent viscous damping ratios of viscoelastic dampers are higher,and their deformation property,energy dissipation capacity and anti-fatigue property are good.The dependency of the damper’s mechanical properti es on strain amplitude is relatively significant,while that on frequency is small The simulating hysteretic curves with the five unit model are identical to the test results.%对2个高阻尼黏弹性阻尼器进行不同应变幅值、加载频率下的力学性能试验和疲劳性能试验，研究试件在不同工况下的最大剪应力、存储剪切模量、损耗剪切模量和等效黏滞阻尼比等力学性能及其变化规律，提出五单元模型模拟黏弹性阻尼器的滞回性能。
研究结果表明：黏弹性阻尼器滞回曲线饱满、稳定，具有较高的等效黏滞阻尼比，表现出良好的变形性能和耗能能力；黏弹性阻尼器力学性能与应变幅值的相关性明显，与加载频率相关性较小，抗疲劳性能较好；五单元模型模拟的滞回曲线与试验滞回曲线吻合良好。
【期刊名称】《振动与冲击》【年(卷),期】2015(000)007【总页数】7页(P1-7)【关键词】高阻尼;黏弹性阻尼器;力学性能;抗疲劳性能;五单元模型【作者】周云;松本达治;田中和宏;林绍明;吴从晓;张亚军;阎崇兵【作者单位】广州大学土木工程学院，广州 510006;住友橡胶工业公司，日本兵库县神户 6510072;住友橡胶工业公司，日本兵库县神户 6510072;广州大学土木工程学院，广州 510006;广州大学土木工程学院，广州 510006;住友橡胶工业公司，日本兵库县神户 6510072;住友橡胶工业公司，日本兵库县神户 6510072【正文语种】中文【中图分类】TU317.2;TU352.12Performance and mechanical model of high damping viscoelastic dampers Key words:high damping; viscoelastic damper; mechanical property; anti-fatigue property; five unit model黏弹性阻尼器是由黏弹性材料和钢板硫化而成的，通过黏弹性材料的剪切或拉压来耗散能量的被动减震装置。
由于黏弹性阻尼器构造简单，造价低，在小变形下就能发挥耗能作用，既可用于结构的风振控制，又可用于地震作用下的减震控制[1]。
黏弹性阻尼器在高层或高耸结构的抗风设计中得到了广泛地应用，但近20年才逐渐应用于结构抗震设计[2]。
为更好地把黏弹性阻尼器运用于工程抗震，国内外学者对黏弹性阻尼器进行了许多研究[1-5]，但国内研制和生产的黏弹性阻尼器的损耗因子和极限剪切应变较小，耗能能力有限，实际工程中需要使用较多数量的黏弹性阻尼器才能达到一定的减震效果。
近年来，日本的一些公司对高阻尼黏弹性阻尼器进行了研究[6-7]，该高阻尼黏弹性阻尼器具有变形能力大、高阻尼耗能的特点，能够有效减小建筑物的风振及地震反应。
本文对某日本公司生产的高阻尼黏弹性阻尼器进行了力学性能和疲劳性能试验研究，提出一种五单元模型模拟其滞回性能，为今后黏弹性阻尼器在中国的推广应用提供参考依据。
本文研究的高阻尼黏弹性材料为異戊橡胶，一共设计了2个黏弹性阻尼器，每个阻尼器试件由三块钢板夹两层黏弹性层构成，图1为其外观设计尺寸，制作完成的阻尼器如图2所示。
试验加载采用100 t电液伺服消能构件试验系统，加载图如图3所示。
采用正弦激励法，按照正弦波规律变化的输入位移u(t)=u0sin(ωt)来控制试验系统加载，试验的量测内容为黏弹性阻尼器的阻尼力以及剪切位移，阻尼力由作动器反馈给试验系统得到，位移由布置在外部约束钢板与中部剪切钢板上的位移传感器获取，黏弹性体和钢板的表面温度采用红外线扫描仪测定。
试验工况由加载频率、位移幅值作为控制指标，各种工况方案见表1；其中，工况6、7为了减小大应变对阻尼器所产生的损伤，试验只进行了3圈加载。
3.1 试验现象各工况加载前后，黏弹性阻尼器无残余变形，黏弹性体没有发生材料破坏。
每个工况加载过后，黏弹性体的表面温度略有升高，这是黏弹性材料发热耗能，热量外散所致，试件静置15分钟后，黏弹性体表面的温度基本恢复到试验工况开始前的温度；其中，疲劳工况试验后，阻尼器VED1黏弹性体表面的温度升高5.6℃，试件静置30钟后，黏弹性体表面基本恢复到疲劳工况开始前的温度。
3.2 变形相关性工况1-2、4-7为阻尼器VED1的变形相关性试验，限于篇幅，仅给出最小应变(工况1)和最大应变(工况7)两个工况的完整滞回曲线，如图4(a)和(b)所示，图4(c)为工况1-2、4-7下阻尼器第3圈滞回曲线的对比图。
从图4(a)可以看出，黏弹性材料在第一次加载时会产生振荡现象，但第2圈加载后滞回曲线逐渐稳定；从图4(b)可以看出，高阻尼黏弹性阻尼器在280%的大应变幅值加载下，滞回曲线仍然非常饱满、稳定。
由图4(c)可知，阻尼器在不同应变幅值下滞回曲线的规律一致，曲线均非常饱满，体现了良好、稳定的耗能能力；在应变大于200%时，阻尼器略微出现了应变硬化的现象。
本文高阻尼黏弹性阻尼器的变形、刚度和耗能特性采用表观剪应变γ、最大剪应力τ、储存剪切模量G′、损耗剪切模量G″和等效黏滞阻尼比ξ来表征[1, 8]：(1)表观剪应变γ=u0/t，u0为阻尼器的剪切位移，t为黏弹性材料层厚度；(2)最大剪应力τ=P/A，P为黏弹性阻尼器的最大阻尼力，A为黏弹性体的层剪切面积；(3)存储剪切模量G′=τ′/γ；其中τ′=P′/A，P′为阻尼器最大位移时对应的恢复力；(4)损耗剪切模量G″=τ″/γ；其中，τ″=P″/A，P″阻尼器零位移时对应的剪切力；(5)等效黏滞阻尼比ξ=ΔW/(4πW)；其中，ΔW为阻尼器振动一圈循环滞回曲线所包络的面积， W=P′u0/2为阻尼器该圈振动时对应最大变形时的应变能[8]。
表观剪应变γ体现了阻尼器的剪切变形能力；最大剪应力τ体现了阻尼器的受力特性；储存剪切模量G′用来描述阻尼器的存储刚度大小；损失剪切模量G″表征阻尼器受到剪切变形时转换成热能的能量损耗；等效黏滞阻尼比ξ用来衡量黏弹性阻尼器的耗能能力。
黏弹性阻尼器采用线性材料制作时，其滞回曲线为典型椭圆形，耗能能力一般采用损耗因子η来描述，此时损耗因子与等效黏滞阻尼比的关系为η=2ξ；但本文高阻尼黏弹性阻尼器采用的是非线性材料(異戊橡胶)制作而成，其滞回曲线的形状与椭圆形相差很大，应采用等效黏滞阻尼比ξ来衡量阻尼器的耗能能力。
根据《建筑消能阻尼器》(JG/T209-2012)[9]的规定，各工况下阻尼器力学性能指标的实测值取滞回曲线第3圈的力学性能实测值，黏弹性阻尼器的力学性能与应变幅值的变形相关性如图5所示。
由图5(a)可知，最大剪应力随着应变幅值的增加而增大。
由图5(b)可知，阻尼器在应变小于200%时，存储剪切模量随着应变幅值的增加而迅速减小，应变大于200%以后，存储剪切模量变化比较平缓，在γ=260%和γ=280%时，由于应变硬化的缘故，存储剪切模量略有增大。
由图5(c)可知，损耗剪切模量随着应变幅值的增加而减小。
由图5(d)可知，等效黏滞阻尼比随应变幅值的增加，先增大后减小；当f=0.3 Hz,γ=200%时，等效黏滞阻尼比为ξ=0.40；当f=0.3Hz,γ=280%时，等效黏滞阻尼比仍可达ξ=0.28，表明黏弹性阻尼器的等效黏滞阻尼比较高，耗能能力好。
综上可知，该高阻尼黏弹性阻尼器各项力学性能与应变幅值的相关性明显；在工作频率f=0.3Hz,γ=280%应变范围内时，阻尼器的等效黏滞阻尼比均能达到0.28以上。
3.3 频率相关性工况9-12为阻尼器VED2的频率相关性试验，限于篇幅，仅给出低频率(工况10)和高频率(工况12)两个工况的完整滞回曲线，如图6(a)和(b)所示，图6(c)为工况9-12下阻尼器第3圈滞回曲线的对比图。
从图6(a)和(b)可以看出，阻尼器在低频率和高频率加载工况下的滞回曲线饱满、稳定；从图6(c)可以看出，阻尼器在不同加载频率工况下滞回曲线的规律一致，曲线均非常饱满，体现了良好、稳定的耗能能力。
黏弹性阻尼器的力学性能与加载频率的相关性如图7所示。
从图7(a)、(b)、(c)可以看出，阻尼器的最大剪应力、存储剪切模量和损耗剪切模量随着加载频率的增加先增大后减小，在频率f=1.0 Hz工况时达到最大值，各工况的最大剪应力和存储剪切模量实测值与标准频率f=1.0 Hz工况[9]的最大剪应力和存储剪切模量实测值相比，变化范围均在6%以内。