高阻尼黏弹性阻尼器性能与力学模型研究

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;TU352.12

Performance 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)=

u

0sin(

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。