附加阻尼结构的理论分析与设计方法
阻尼综述——阻尼模型、阻尼机理、阻尼分类和结构阻尼建模方法

阻尼1 引言静止的结构,一旦从外界获得足够的能量(主要是动能),就要产生振动。
在振动过程中,若再无外界能量输入,结构的能量将不断消失,形成振动衰减现象。
振动时,使结构的能量散失的因素的因素称为结构的阻尼因素。
索罗金在其论著中将结构振动时的阻尼因素概括为几种类型,即界介质的阻尼力;材料介质变形而产生的内摩擦力;各构件连接处的摩擦及通过地基散失的能量。
百多年来,不同领域的专家,均根据自身研究的需要,着重研究某种阻尼因素,如外阻尼、摩擦阻尼、材料阻尼及辐射阻尼等。
对于材料阻尼的物理机制,文献[82]、[126]、[127]等分别做了简要描述。
材料阻尼是一个机制比较复杂的物理量,由多种基本的物理机制组合而成。
如金属材料中的热弹性、晶体的粘弹性、松弛效应、旋转流效应、电子效应等对阻尼均有贡献。
对一般的非金属材料(如玻璃、各种聚合物等),电子效应对能量的损失影响较小。
温度、绝热系数等也是影响阻尼的重要因素。
一般来说,非金属材料的能量损失比金属大。
此外地质岩石由不同种固体微粒组成,且有空隙体积,因此,其阻尼特性与一般材料不同。
岩石中能量损失主要由三个物理机制构成:岩石内部微粒间的粘性=岩石的内摩擦及较大的塑性变形,而岩石的内摩擦与岩石内部微粒间接触处的位错及塑性变形有关。
如献[82]所述,为了计算、分析结构在外界载荷作用下产生的反应,人们建立了描述固体材料应力应变关系的物理模型。
最简单的物理模型是单参数模型,即材料只产生弹性应力或只产生粘滞应力,但这两种模型不能代表材料中真实存在的粘弹性。
人们又建立了双参数线性模型,即Maxwell及Kelvin模型。
其中Maxwell模型由线性粘滞体和线弹性体串联而成,Kelvin模型是此二者并联而成的。
若设线粘滞体的应变为一般情况下,在结构振动分析设计中,与弹性力和惯性力相比,阻尼力在数值上较小。
然而,在一定条件下,阻尼因素将起很重要的作用。
如果没有阻尼力存在,振动体系在共振时将达到非常大的幅值。
粘滞阻尼结构小震附加阻尼比计算方法的对比分析

[ 提 要] 根据《 建 筑 抗 震 设计 规 范 》 G B 5 0 0 1 1 — 2 Байду номын сангаас 1 0 , 消 能 减 震 结 构设 计 中 , 主 体 结 构 弹 性 工 作 时 可 采 用 等效 线 性 分 析 方 法 来
D i n g Y o n g - j u n 一, L i u S h e n g - l i n , L i J i n - j u n ( 1 . S c h o 。 l o f C i v i l E n g i n e e r i n g , T i a n j i n U n i v e r s i t y , T i a n j i n 3 0 0 0 7 2 , C h i n a ; 2 .
A r c h i t e c t u r a l D e s i g n a n d R e s e a r c h I n s t i t u t e f o n口 i n U n i v e r s i t y , T i a n j i n 3 0 0 0 7 3 , C h i n a )
分析计算 , 其 中, 确 定 等 效 附 加 阻 尼 比是 消 能 减震 设 计 计 算 的 关 键 。规 范 的 方 法 实 际 使 用 起 来 比较 困 难 , 且 对 场 地 卓 越 周 期
与 结 构 自振 周 期 的 比值 比较 敏 感 , 特 别 是 对 长 周 期 结 构 计 算 出的 附 加 阻 尼 比偏 大 , 低 估 了 地 震 作 用 。减 震 系 数 法 虽 易 于设 计 人员使用 , 却 太 过 于保 守 , 造成 较 大 的 经 济 浪 费 。 因 此 , 利 用 一 自振 周 期 明 显 高 于 场 地 卓 越 周 期 的 框 架 结 构 , 对 比分 析 规 范
基于子结构模态应变能分析的车身结构附加阻尼分配和优化设计方法
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基于子结构模态应变能分析的车身结构附加阻尼分配和优化设计方法吕毅宁(lvyining@)基于子结构模态应变能分析的车身结构附加阻尼分配和优化设计方法 (1)1前言 (1)2基于动态子结构分析的车身结构附加阻尼的优化分配方法 (4)2.1子结构的模态模型 (4)2.2子结构的模态综合 (6)2.3阻尼分配方法 (8)2.4设计分析流程 (9)2.5应用实例 (10)3基于子结构模态应变能分析的车身结构附加阻尼分配和优化设计方法 (13)3.1附加阻尼的优化设计方法 (13)3.2整体结构的模态模型和模态频响分析 (14)3.3给定模态损耗因子的附加阻尼设计 (15)3.4辅助设计软件系统开发 (15)3.5验证算例 (15)1 前言乘用车辆设计中,降低振动与噪声水平是提高整车品质、性能和客户满意度的主要因素。
目前,振动与噪声的好坏已经成为汽车品牌的一个重要标志。
因此,在车身结构设计阶段,NVH特性要求已经成为车身结构设计阶段的一个重要设计参数。
车身结构的振动和噪声,如方向盘、后视镜、仪表板等的振动以及发动机和车轮、路面噪声等可以用以定量地评价车辆的舒适性。
车内噪声主要来源于各个子系统的振动能量(如发动机、传动系、内部环境控制(climate control)和路面输入等)通过各种传递路径(如发动机悬置、悬架、车身壁板、底板等)向车内的传递。
这些振动形式的振动能量占整车内部Harshness相关的噪声能量的90%以上。
目前大多数的车身结构都是采用薄钢板焊接结构,也有部分车辆采用铝板铆接结构。
汽车车身结构中的每一块金属薄板自身的阻尼主要来自于材料阻尼,其阻尼损耗因子一般在0.0005~0.001之间。
车身结构中常用材料以及附加约束阻尼结构的阻尼损耗因子如图1所示。
当多块薄金属板经过冲压、焊接和铆接等工艺拼装而成底板和车门等结构之后,结构振动会使得焊接和铆接点产生局部摩擦,使得结构的阻尼明显高于材料的阻尼。
附加自由阻尼结构系统的有限元分析和拓扑优化设计方法研究_吕毅宁

的偏置方向不同 , 因此两层单元的所有节点都在界 面处重合 , 即o S o S模 型。自 由 阻 尼 结 构 的 另 外 两 种常见建模方法分 别 是 由 偏 置 板 壳 单 元 和 六 面 体 实体单元构造的双层模型 o S H 以及由薄壁构件层 刚性单元和附加阻尼层板壳单元构造的 板壳单元 、 ( ) 三层模型 S 如图 1 所示 。 R S, b, c 可见 , o S o S模型与 S R S模型的构造原理相 同, 但是建模更加 简 单 。 文 献 [ 研 究 表 明, 采用 1 1] o S H 模型可以达到较高的有限元建模和分析精 度 。 而针对一些典 型 结 构 的 有 限 元 建 模 和 复 特 征 分析表明 , 采用 o S o S模型可以达到同样的分析精
第2 9卷 第2期 2 0 1 2年4月
计 算 力 学 学 报 C h i n e s e J o u r n a l o f C o m u t a t i o n a l M e c h a n i c s p
V o l . 2 9, N o . 2 A r i l 2 0 1 2 p
1] 。目 前, 的测试设备 , 而 且 非 常 耗 时[ 可以采用基
板梁的附加约 束 阻 尼 结 构 进 行 了 优 化 设 计 。 杨 德
8] 庆等 [ 提出了自由阻尼层结构阻尼材料配置拓扑
于C A E 分析 的 结 构 优 化 设 计 方 法 进 行 附 加 阻 尼
2] 针对航空航天工程结 结构的优化 设 计 。 戴 德 沛 [
1 2] 。 而且建模和分析效率更高 [ 度,
根据该曲线 , 可以在一些通用有限元分析软件中建
[0 ] 立相应的粘弹性材料模型 , 如在 N A S T R A N 软件 1
阻尼及阻尼在结构中的作用分析

阻尼及阻尼在结构中的作用分析作者:赵东京来源:《城市建设理论研究》2014年第06期摘要:阻尼对结构的振动反应有重要的影响,阻尼比是阻尼作用在结构体系振动过程中耗能减震能力的参数。
目前结构设计通常对某一类结构的阻尼比取为常数中的定值,这不能完全真实反映建筑物的阻尼,且未能反映同一类结构阻尼比的变化规律。
本文通过对阻尼的机理、阻尼的影响因素,阻尼的作用,阻尼比的计算,;阻尼比在结构设计中的取值;,阻尼在结构中的应用等进行具体分析,以便结构设计者对阻尼有更好的了解及,对结构进行更好的、适当的调整。
关键词:阻尼,阻尼比中图分类号: P142 文献标识码: A引言阻尼(英语:damping)是指物体或系统在振动中,由于外界作用或系统本身固有的原因引起的振动幅度逐渐下降的特性,以及此一特性的量化表征,使振动衰减的各种摩擦和其他阻碍作用。
阻尼技术在航天、航空、军工、机械等行业中广泛应用,二十世纪七十年代,人们开始逐步地把这些阻尼技术应用到建筑、桥梁、铁路等结构工程中,阻尼技术能在结构中振动中耗能减震,并被广泛应用[1]。
一.阻尼的机理;阻尼的机理有两种形式:一种是因摩擦阻力生热,使系统的机械能减小,转化为内能,这种阻尼叫摩擦阻尼;另一种是系统引起周围质点的震动,使系统的能量逐渐向四周辐射出去,变为波的能量,这种阻尼叫辐射阻尼。
阻尼比(ζ)指阻尼系数与临界阻尼系数之比,表达结构体标准化的阻尼大小,是无单位量纲。
阻尼比(ζ)一般可分为:ζ=0;01共4种情况。
阻尼比ζ=0即不考虑阻尼系统;结构常见的阻尼比都在ζ在0~1之间。
二.阻尼的作用主要有以下五个方面[3]:(1)有助于减少结构的共振振幅,从而避免结构因震动应力达到极限造成机构破坏;(2)有助于结构系统受到瞬时冲击后,很快恢复到稳定状态;(3)有助于减少因结构振动产生的声辐射,降低机械性噪声及损害。
许多结构构件主要是由振动引起的,采用阻尼能有效的抑制共振,从而降低损害;(4)有助于提高其动态性能,较高的抗震性和动态稳定性;(5)有助于降低结构传递振动的能力。
附加黏滞阻尼器结构基于性能的抗震设计
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第25卷,第3期2009年9月世 界 地 震 工 程W ORLD E ARTHQUAKE ENGI NEER I N GV o.l 25,N o .3Sep .2009收稿日期:2008-05-23; 修订日期:2009-02-01基金项目:国家自然科学基金项目(50678146);陕西省教育厅专项科研计划项目(05J K236)作者简介:李 波(1979-),男,工程师,博士,主要从事消能减震结构研究.E -m a i :l li boxuat @163.co m文章编号:1007-6069(2009)03-0091-06附加黏滞阻尼器结构基于性能的抗震设计李 波1,赵均海1,梁兴文2(1.长安大学建工学院建工系,陕西西安710061;2 西安建筑科技大学土木工程学院,陕西西安710055)摘 要:基于改进的能力谱法,提出了一种附加黏滞阻尼器结构的抗震设计方法。
首先利用改进的能力谱法评估待加固结构抗震性能,若不满足要求则用简单方法计算待加固结构满足给定性能目标所需的附加阻尼比。
然后按文中提出的阻尼器阻尼系数3种分配方式,将所需的阻尼比分配于各个楼层。
将所提方法应用于10层钢结构的设计,最后对初步设计的消能结构进行非线性动力时程分析,验证了所提方法的精确性。
3种阻尼器分配模式下消能结构非线性时程分析结果表明,阻尼力正比于楼层剪力分配模式能取得最保守的设计结果,用改进的能力谱法设计的附加黏滞阻尼器结构能较好地满足给定的屋顶位移性能目标,基本满足层间位移角性能目标。
关键词:黏滞阻尼器;等效阻尼;能力谱法;非线性动力分析;基于性能的抗震设计中图分类号:TU 352 1 文献标志码:AP erfor m ance based seis m ic design of a structure w it h supple m ental viscous da mpersLI Bo 1,Z HAO Junha i 1,LI A NG X i n g w en2(1.Co ll ege of C i v ilEng i neeri ng ,Chang an U n i versit y ,X i an 710061,Ch i n a ;2.Co ll ege of C i v ilEng i neeri ng ,Xi an U n i versit y ofArch it ecture and Techn ol ogy ,X i an 710055,Ch i na)Abst ract :A si m plified procedure for desi g n o f a str ucture w ith supp l e m en tal v iscous da mpers is presen ted based on t h e i m proved capacity m ethod .A fter seis m ic perfor m ance of the str ucture to be retrofited i s eva l u ated by usi n g the i m pr oved capac ity m ethod t h e a m ount of added da m p i n g ratio requ ired to m eet the g i v en perfor m ance objective is eva l u ated by a si m p le fo r m ula .The required a m ount of supp le m enta l da m ping is then d istri b uted throughout the sto ries o f the structure using proposed three d istri b uti o n patter ns of da mpers .The fi n al desi g n is verified by ti m e h isto ry ana lyses o f a 10 sto r y steelm o m ent fra m e w it h added v iscous da m pers under a artificial earthquake reco r d that is co m pati b le w ith the desi g n spectrum.A ccordi n g to the non li e ar response h isory ana l y sis resu lts ,the roo f d i s place m ents of the da m ped str ucture designed by the presented m ethod m atch w e llw ith t h e g iven target va l u e ,and t h e i n terstory drift ratios of the designed struct u re essenti a ll y m eet t h e g i v en perf o r m ance objective .K ey w ords :v iscous da mper ;equ i v a lent da m pi n g ratio ;capac ity spectru m m ethod ;perfo r m ance based seis m ic de si g n引言在强烈地震发生后,尽管许多建筑物能够保护居住者的生命安全,但它们不能继续正常运作或需昂贵的结构和构件修复费用。
附加阻尼结构的理论分析与设计方法

附加阻尼处理结构的理论分析与设计方法吕毅宁(lvyining@)附加阻尼处理结构的理论分析与设计方法 (1)1概述 (1)2基本理论 (2)3阻尼材料及其特性 (3)4分析方法 (3)4.1复刚度法 (4)4.2变形能法 (4)4.3模态分析法和有限元法 (4)4.3.1粘弹性结构的有限元建模方法及比较 (5)4.3.2粘弹性结构动力问题的有限元分析概述 (7)4.3.3弹性—粘弹性复合结构的有限元模型和动力学方程 (11)4.3.4复合结构的有限元动力方程的求解方法——稳态、瞬态 (17)4.4粘弹性材料本构模型 (18)4.5表面阻尼处理简单结构元件的分析方法 (20)4.6表面阻尼处理复杂结构的分析方法 (20)5自由阻尼结构的设计 (20)5.1参数优化设计 (20)5.2拓扑(布置)优化设计 (21)6粘弹性阻尼在汽车中的应用 (21)6.1概述 (21)6.2约束阻尼层新技术2—conformal constrained layer damping (23)6.3自由阻尼层新技术 (23)6.4约束阻尼层新技术2—laminated vibration damped steel (23)6.5车身底板的阻尼处理技术 (24)6.6其它结构阻尼处理技术 (30)7表面阻尼处理材料和结构产品供应商 (32)7.1表面阻尼处理材料 (32)7.2约束阻尼处理结构 (34)1 概述表面阻尼处理是提高结构阻尼、抑制共振、改善结构抗振降噪性能的有效方法之一。
这种技术已经广泛应用于航空航天、交通运输、轻工纺织等行业。
表面阻尼处理主要应用于以弯曲振动为主的薄壁零件,例如梁类、板类、管壳类结构件等。
表面阻尼处理方法包括两类,即自由阻尼处理和约束阻尼处理。
自由阻尼结构的理论分析方法有复刚度法、变形能法、模态分析法和有限元法。
通过分析主要是得到结构损耗因子。
由于约束阻尼结构的耗能效率较高,因此目前该领域的研究工作主要集中在约束阻尼结构的建模、分析和优化设计上。
设计阻尼力
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设计阻尼力需要考虑到多个因素,包括系统动态特性、外部激励、稳定性、能量耗散等。
以下是一些设计阻尼力的基本步骤:
1.确定系统动态特性:阻尼力设计应基于对系统动态特性的了解,包括系统各部分的刚度、阻尼和惯量等参数。
这些参数可以通过实验或计算获得。
2.确定外部激励:分析系统可能受到的外部激励,例如风、地震、车辆等,了解其频率、振幅和作用时间等特点。
3.确定稳定性要求:根据系统安全性和稳定性要求,确定所需的阻尼力大小,以保证系统在受到外部激励时能够保持稳定。
4.选择合适的阻尼材料和结构:根据系统要求,选择合适的阻尼材料和结构,例如阻尼器、阻尼橡胶等,并了解其阻尼性能参数。
5.设计和优化阻尼力:根据系统动态特性、外部激励和稳定性要求,设计和优化阻尼力,以确保系统在受到外部激励时能够有效地耗散能量,保持稳定性和安全性。
6.进行实验验证:通过实验验证阻尼力设计的有效性,比较设计结果与实验数据,进行必要的调整和改进。
7.考虑环境因素:在设计和选择阻尼材料和结构时,应考虑环境因素对阻尼性能的影响,例如温度、湿度、化学腐蚀等。
总之,设计阻尼力需要综合考虑系统动态特性、外部激励、稳定性、能量耗散等多个因素,并进行实验验证和调整。
在实际应用中,可以采用计算机仿真和优化技术来辅助阻尼力的设计。
工程结构的阻尼和隔振设计

未来研究方向探讨
智能化阻尼和隔振技术
随着人工智能和大数据技术的发展,未来可研究如何将智能算法应用 于阻尼和隔振设计中,实现自适应调节和优化控制。
新型阻尼材料和隔振技术
02 03
隔震支座
隔震支座是一种特殊的阻尼装置,用于隔离地震波向上部结构的传播。 它允许建筑物在地震时相对于地面发生水平位移,从而减小地震力对上 部结构的影响。
耗能支撑
耗能支撑是一种具有滞回特性的支撑构件,能够在地震中通过塑性变形 消耗能量,减轻主体结构的损伤。
桥梁结构中的隔振设计
隔震沟
在桥梁结构中,隔震沟被用于隔离地震波向桥墩的传播。通过在桥墩周围设置隔震沟,可 以减小地震力对桥墩的作用,保护桥梁免受地震破坏。
阻尼材料
用于吸收和消耗振动能量,减少振动的幅度和持续时 间。常用的阻尼材料有橡胶、沥青等。
辅助结构
用于固定隔振元件和阻尼材料,保证整个隔振系统的 稳定性和可靠性。
隔振效果评价指标
传递率
表示隔振系统对振动传递的阻隔 程度,通常以分贝(dB)为单位 进行衡量。传递率越低,隔振效 果越好。
固有频率
指隔振系统自身固有的振动频率 。当外界振动频率接近固有频率 时,隔振系统容易发生共振,导 致隔振效果降低。
粘弹性阻尼材料
兼具粘性和弹性,能耗散振动能量,适用于各 种复杂结构的阻尼设计。
复合阻尼材料
通过不同材料的组合,实现宽频带、高效能的阻尼效果,满足特殊工程需求。
智能控制技术在隔振系统中应用
主动隔振技术
采用作动器对结构施加反向振动,抵消外部激励 引起的振动,实现高精度隔振。
框架结构黏滞阻尼器附加阻尼比的计算对比

框架结构黏滞阻尼器附加阻尼比的计算对比摘要:随着建筑地震下使用要求的提高,工程设计中采用减隔震装置将会越来越频繁。
减震结构设计中采用的附加阻尼比依赖于时程算法,而各软件内置算法有一定区别,本文分别采用YJK和ETABS对某框架结构黏滞阻尼器提供的附加阻尼比进行计算,采用不同计算路径及不同参数,对比了几种算法结果,给工程师的减震设计提供一定的参考。
关键词:多遇地震,减震,黏滞阻尼器,软件对比0、背景2021年住建部发布了国务院令744号文《建设工程抗震管理条例》,其中明确要求位于高烈度设防地区、地震重点监视防御区的新建学校、幼儿园、医院、养老机构、儿童福利机构、应急指挥中心、应急避难场所、广播电视等建筑应当按照国家有关规定采用隔震减震等技术,保证发生本区域设防地震时能够满足正常使用要求。
该条例大幅提高了以上八大类结构的设计要求,并明确提到了应采取减隔震措施。
因此,减隔震结构的设计方法将成为结构工程师的必修课。
为系统理解采用黏滞阻尼器的减震结构设计逻辑,本文选用某高中宿舍作为设计模型,分别采用ETABS以及YJK,对黏滞阻尼器结构设计时附加阻尼比的计算进行分析。
一、减震结构设计逻辑目前,在结构设计方面,振型分解反应谱法为成熟且安全可行的常规算法,其保证度较高。
而时程分析,由于地震波存在随机性和不确定性,以特定地震作用分析得到的结果,不能作为设计配筋依据,只能用来校核结构在选用地震波下是否能够满足设计要求。
而阻尼器对结构能够提供的附加阻尼来自消能构件耗能,与具体的外力作用有关,具有非线性特征,需要通过时程分析确定。
因此,减震结构的设计方法采用等效弹性振型分解反应谱法,且将阻尼器对结构整体提供的阻尼作用作为附加阻尼比,加入振型分解反应谱法的计算中,并以此计算结果为配筋依据。
此外,实际阻尼器提供的附加阻尼在结构中并非均匀分布,为了实现其在地震作用下耗能的目的,需要保证阻尼器及周边子结构等重要构件的有效性。
粘弹性阻尼材料力学参数测试实验用双边附加自由结构阻尼试件设计方法研究

u s e d i n me a s ur e me nt o f v i s c o e l a s t i c d a mp i ng ma t e r i a l ’ S me c h a n i c a l p a r a me t e r s
W A N G C h a o , L O Z h e n . h u a
( D e p a r t m e n t o f A u t o m o t i v e E n g i n e e r i n g , T s i n g h u a U n i v e r s i t y , B e i j i n g 1 0 0 0 8 4, C h i n a )
i n f l u e n c i a l c o e ic f i e n t s w a s p r o p o s e d a n d u s e d i n t h e a n a l y s i s o f e x p e r i me n t a l r e s u l t s a f f e c t e d b y t h e me a s u r e me n t a c c u r a c y o f t h i c k n e s s r a t i o ,r e s o n a n c e ̄ e q u e n c y r a t i o,d e n s i  ̄ r a t i o a n d l o s s f a c t o o me s i g n i i f c a n t t e c h n i c a l
基于应变能分析的附加阻尼结构设计评价和准则优化方法_吕毅宁

基于应变能分析的附加阻尼结构设计评价和准则优化方法吕毅宁1,2,吕振华1,赵 波1,王 超1(1.清华大学汽车工程系,汽车安全与节能国家重点实验室,北京100084;2.中国船级社技术研究开发中心,北京100007)摘要:基于附加阻尼结构的模态应变能分析方法,对模态损耗因子关于附加阻尼的灵敏度和附加阻尼材料的相对利用效率进行了分析,并推导了以模态损耗因子最大为设计目标的附加阻尼层材料厚度分布的优化设计准则。
对此推广,又进一步对强迫振动条件下结构的损耗因子关于附加阻尼的灵敏度和附加阻尼材料的相对利用效率进行了分析。
由此,建立了一种分别根据自由振动模态和强迫振动响应对附加阻尼结构设计进行分析评价的方法。
基于附加阻尼层材料厚度分布的优化设计准则,还给出了一个附加阻尼结构的迭代优化设计方法。
通过对一个车身地板附加阻尼结构的计算分析,验证了提出的分析评价和优化设计方法的有效性。
关键词:附加阻尼;应变能分析;灵敏度分析;结构优化设计;车身结构中图分类号:U463.82;O328 文献标识码:A 文章编号:1004-4523(2010)06-0620-05引 言随着汽车、舰船及航空航天等复杂结构系统的轻量化和运行高速化,通过附加阻尼结构系统控制其振动噪声的研究得到广泛重视[1~4]。
如在汽车设计中,目前大多数车身都采用薄钢板焊接结构,需要通过附加阻尼的方法衰减车身结构的振动和降低车内噪声。
对于普通轿车,通常至少需要10~15kg的附加阻尼材料,而对于某些高级轿车,附加阻尼材料的用量甚至达到30kg[2,3]。
为了降低整车制造成本和提高附加阻尼材料的使用效率,实际车身结构中的附加阻尼材料通常仅仅涂敷在地板、前围板、顶棚等车身壁板上的一些局部位置处[4]。
为了提高车身等复杂结构系统中附加阻尼结构的设计水平和实现最优设计,需要对不同位置处附加阻尼结构的有效性和阻尼材料的利用效率进行分析评价,并建立相应的优化设计准则。
附加粘弹性阻尼墙结构设计应用
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江 苏 建筑
21 0 2年 第 2 ( 期 总第 1 7 ) 4期 5 1附加粘弹性尼墙结构设计应用 张伟
I 南京 长江 都市 建筑设计 有 限公 司 , 京江苏 南
20 0 ) 10 2
【 摘 要】 4用结构设计软件Eas , I t 对某部委全钢结构的办公大楼进行分析。原结构采用框架偏心支撑体 系, b 有控结构则
d mpn l c n efcieyrd c esrcu e Se rh u k e p n e e h n e h t cu e Se rh u k a igwal a f t l e u e t t tr ’ atq a er s o s , n a c d tesr tr ’ atq a e e v h u u
[ 键词] 粘弹性阻尼墙; 关 钢结构; 分析比较; 抗震性能
[ 中图分类号】u 1. 【 T 331 文献标识码] [ B 文章 ̄ - 0 5 67 (02 0 —0 10 ] 0 — 20 2 1 )2 0 5- 3 1
基于等效线性化理论的消能减震结构附加金属阻尼确定方法
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21 0 2年 6月
工 程 抗 震 与 加 固 改 造
Vo . 4. . 3 1 3 NO
Ea t u k ssa tEn i e rn nd Re rfti g rhq a e Re itn g n e i g a toitn
J n. 2 2 u 01
量 与等 效势 能 之 比 ( 等 效 阻尼 比 ) 单 质 点 体 系 即 与 基 于上述 分 配原则 , 由式 ( 3 求 得 各 层需 求 阻 1)
尼 量
利用 减 震 性能 曲线 和地 震 响 应谱 曲线 , 能 减 消
震结 构 附加金 属阻 尼器 的优化 阻尼 量 的设计 步骤 如
pe o ma c ur eo n ry dispain sr t r t tlda i g i n r d c d ba e n e ia e ie rz t n te r f r r n e c v fe e g s i to tucu e wih mea mp n s ito u e s d o quv lntln a iai h o y,wi o t whih h c
A b t a t Eq v ln ie rz to he r s u e o su h tld s r c : uiae tln a iain t oy i s d t tdy t e mea amp n o neg isp to sr cur . The v b ai n a s r to i g fe ry d si a in tu t e i r to - b o pi n
dispai tu t e wih si t on sr cur t mea mp n fe tv l . t lda i g e fcie y Ke ywo ds: q v ln i e rz t n;vbr t n- b opto e o ma c u v eh d;t e o tmu d m png;e ry ds i ai n; me a r e uiae tln a iai o i ai a s r in p r r n e c r e m t o o f h p i m a i neg isp to tl da e mp r;tme hit r nay i i soy a lss E— ai: exng hu g i. o m l p ii z @ ma le m
基于双线性本构的金属阻尼器附加阻尼比理论推导与取值研究
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基于双线性本构的金属阻尼器附加阻尼比理论推导与取值研究发表时间:2018-03-24T11:21:47.290Z 来源:《防护工程》2017年第32期作者:付仰强[导读] 考虑到附加阻尼比对设计结果影响较大,需选择合适的变形对应的附加阻尼比,做到安全性与经济性的合理统一。
中国中元国际工程有限公司北京 100089摘要:本文基于金属阻尼器及主体结构双线性本构理论曲线,采用抗震规范的能量比值法,对附加金属阻尼器的结构获得的附加阻尼比,就行了理论推导,探讨了初始刚度比、屈服位移比及屈服后刚度比对附加阻尼比的影响。
关键词:附加阻尼比;双线性本构;金属阻尼器;减震结构引言:近年来,世界经济的发展带来了建筑业的突飞猛进,加之高强轻质材料的推广,超高层、大跨体育场等高、大、细、长的柔性工程结构被普遍应用,尤其是钢结构高层建筑正在越来越多的被建造,这些建筑高度不断加大,结构体系种类不断增多,体型日益多样化。
但是世界性地震频发,中国汶川大地震、日本大地震、海地地震等都带来了巨大的经济损失和人员伤害,而且受全球气候变化影响,台风、飓风数量明显增多,这些世界性自然灾害对全球重大工程的影响尤为剧烈,重大工程往往建筑上标新立异,结构体系复杂,结构较易出现多项不规则,由于降低结构自重仍是结构设计追求的一项重要指标,结构产生大面积柔性层成为很多高层、超高层建筑的一个重要特点。
因此,对于超高层重大工程的抗风振、减震要求面临着极大的挑战。
传统结构是通过梁、柱、节点等承重构件产生裂缝、非线性变形来消耗振动能量的,而采用被动振动控制技术的结构,是通过耗能支撑、阻尼装置等的相对变形(位移型阻尼器)或相对速度(速度型阻尼器)产生阻尼,先于承重构件损坏(易于更换),消耗输入结构的地震能量,达到在不增大结构断面的条件下提高结构的抗震性能,从而起到保护主体结构的作用。
为超高层重大工程结构添设阻尼器进行抗风、减震,被动控制技术(主要是消能减震及调谐吸震(振)技术)因其实用性、有效性和经济性,已成为绝大部分工程设计人员的设计首选;同时不同的被动控制具有不同的减震(振)耗能机理,为重大工程结构合理选择减震(振)策略,达到较优的抗风减震效果,是具有非常重要的社会和现实意义。
基于多端柔性直流系统的附加阻尼控制器设计新方法
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第16卷第30期2016年10月 1671 — 1815(2016)30-0243-06科学技术与工程Science Technology and EngineeringVol. 16 No.30 Oct.2016©2016 Sci.Tech.Engrg.基于多端柔性直流系统的附加阻尼控制器设计新方法越训君(国网浙江临安市供电公司,临安3113〇〇)摘要针对包含多端柔性直流输电(voltage source converter based multi-terminal direct current transmission,VSC-MTDC)的交直流混合系统中出现的次同步振H(sub-synchronous oscillation,SSO),研究设计了适用于系统各种运行方式、更具通用性的次 同步阻尼控制器(sub-synchronous oscillation damping controller,SSDC)。
首先针对研究交直流混合系统的拓扑结构,分析了其运行方式、变换器控制模式及对S S O抑制的影响;然后提出了适用于变换器多种控制模式的更具通用性的SSD C设计新方法; 随后分析了用该方法设计的SSD C对系统电气阻尼特性的改善情况;最后在PSCAD/EMTDC上搭建335电平仿真模型。
仿真 结果验证了 SS D C设计新方法的正确性和有效性。
研究表明:利用新方法设计的S S D C可以显著增强系统的电气阻尼,有效降低系统处于各种运行方式下发生S S O的风险,通用性强。
关键词多端柔性直流系统次同步振荡 多运行方式中图法分类号TM721.1; 文献标志码A电力系统次同步振荡(sub-synchronous oscillation,SSO)是一种非常严重的电网稳定性问题,可 能会导致发电机大轴的损坏D SSO最初出现在带串 补电容的交流输电系统中[1],随后美国的Square-Butte 发电厂在投人新建成的传统高压直流输电(high voltage direct current,HVDC)线路时,发现了 由HVDC引起的SSO[2]。
附加非线性粘滞阻尼器加固结构的动力分析
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附加非线性粘滞阻尼器加固结构的动力分析罗鹏;罗苏平;谢长余【摘要】结合粘滞阻尼器的力学模型,介绍了粘滞阻尼器减震结构分析与设计方法,并以某幼儿园工程为例,探讨了附加非线性粘滞阻尼器加固结构的动力特性,指出通过附加粘滞阻尼器达到了降低结构地震响应,提高结构抗震性能的效果。
%Combining mechanical model of viscous damper,the article introduces viscous damper seismic-reducing structure analysis and design methods. Taking the kidgardern engineering as an example,it explores the dynamic characteristics of nonlinear viscous damper reinforcement structure,and points out that:it reduces structural seismic response and improves structural seismic resisting performance through adding nonlin-ear viscous damper.【期刊名称】《山西建筑》【年(卷),期】2015(000)032【总页数】3页(P51-53)【关键词】粘滞阻尼器;结构;弹塑性时程分析;模型【作者】罗鹏;罗苏平;谢长余【作者单位】海南省洋浦开发建设控股有限公司,海南省洋浦经济开发区578101;海南省洋浦开发建设控股有限公司,海南省洋浦经济开发区 578101;海南省洋浦开发建设控股有限公司,海南省洋浦经济开发区 578101【正文语种】中文【中图分类】TU311随着基础建设的不断完善,新建建筑数量在逐年减少,加固改造工程需求量日益增多。
阻尼器的附加阻尼比计算李伟豪
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阻尼器的附加阻尼比计算李伟豪发布时间:2021-07-28T11:56:11.153Z 来源:《基层建设》2021年第14期作者:李伟豪[导读] 为改善传统抗震方法的不足,有学者提出了结构振动控制这一概念。
结构振动控制是采用某种方法控制结构在外荷载作用下的各项反应值广州大学土木工程学院广东广州 510006摘要:为改善传统抗震方法的不足,有学者提出了结构振动控制这一概念。
结构振动控制是采用某种方法控制结构在外荷载作用下的各项反应值,使其不超过工程要求的限值,以满足工程要求。
本文主要着重于对附加阻尼比的计算方法进行分析研究。
关键词:消能减震;阻尼器;滞回耗能1.阻尼器的发展现状通过相关研究的试验研究及相应的有限元数值分析,从云图中可以看出,铅芯及叠层钢板橡胶处均出现了较大的应力,但最大应力出现在上下连接钢板与叠层的连接部位,这是由于支座的水平移动,而连接钢板是固定的,会产生很大的剪切力。
根据应力云图判断支座破坏的先后依次是下连接钢板、上连接钢板、中间层、铅芯。
对支座按照剪应变幅值由小到大循环加载,剪应变为50%时,加载频率为0.3Hz,幅值达到100%时,加载频率减小为0.1Hz,采取水平方向的正弦波加载方式,采用位移控制加载,模拟工况见表4-1,可得橡胶垫得力-位移滞回曲线可以明显看出阻尼器在添加后,吸收了地震作用下绝大部分的能量,使得结构在得到了很好的控制。
由于现有的科学技术还不能对地震提前做出准确预测,因而如何有效增强结构的抗震能力是当前的重中之重。
传统的抗震方法一般采用提高材料强度及配筋率等方式,通过结构自身的承重构件的破坏消耗地震输入到结构的能量,对于传统的抗震结构,在地震发生后,一般会使结构构件发生比较严重的损坏,有的甚至倒塌。
此外,在提高材料强度和结构刚度的同时,也会使建筑断面增大、使用面积减少,同时工程造价也会急剧增加。
因此,积极开展抗震减灾,并最大水平地减少地震灾害该当是我国的一项基本国策。
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附加阻尼处理结构的理论分析与设计方法吕毅宁(lvyining@)附加阻尼处理结构的理论分析与设计方法 (1)1概述 (1)2基本理论 (2)3阻尼材料及其特性 (3)4分析方法 (3)4.1复刚度法 (4)4.2变形能法 (4)4.3模态分析法和有限元法 (4)4.3.1粘弹性结构的有限元建模方法及比较 (5)4.3.2粘弹性结构动力问题的有限元分析概述 (7)4.3.3弹性—粘弹性复合结构的有限元模型和动力学方程 (11)4.3.4复合结构的有限元动力方程的求解方法——稳态、瞬态 (17)4.4粘弹性材料本构模型 (18)4.5表面阻尼处理简单结构元件的分析方法 (20)4.6表面阻尼处理复杂结构的分析方法 (20)5自由阻尼结构的设计 (20)5.1参数优化设计 (20)5.2拓扑(布置)优化设计 (21)6粘弹性阻尼在汽车中的应用 (21)6.1概述 (21)6.2约束阻尼层新技术2—conformal constrained layer damping (23)6.3自由阻尼层新技术 (23)6.4约束阻尼层新技术2—laminated vibration damped steel (23)6.5车身底板的阻尼处理技术 (24)6.6其它结构阻尼处理技术 (30)7表面阻尼处理材料和结构产品供应商 (32)7.1表面阻尼处理材料 (32)7.2约束阻尼处理结构 (34)1 概述表面阻尼处理是提高结构阻尼、抑制共振、改善结构抗振降噪性能的有效方法之一。
这种技术已经广泛应用于航空航天、交通运输、轻工纺织等行业。
表面阻尼处理主要应用于以弯曲振动为主的薄壁零件,例如梁类、板类、管壳类结构件等。
表面阻尼处理方法包括两类,即自由阻尼处理和约束阻尼处理。
自由阻尼结构的理论分析方法有复刚度法、变形能法、模态分析法和有限元法。
通过分析主要是得到结构损耗因子。
由于约束阻尼结构的耗能效率较高,因此目前该领域的研究工作主要集中在约束阻尼结构的建模、分析和优化设计上。
采用的主要的建模分析方法是有限元法。
采用的有限元软件主要是NASTRAN。
满足特殊需要而自主开发有限元软件的情况很多,主要是为了计算结构的损耗因子。
求解阻尼结构的振动问题的有限元方法主要包括三种,即复特征值方法、模态应变能方法和直接频率响应方法。
2 基本理论表面阻尼处理方法包括两类,即自由阻尼处理(Unconstrained-Layer Treatment)和约束阻尼处理(Constrained-Layer Treatment),基本结构如图1所示。
自由阻尼处理结构中,当自由阻尼层(Free Damping Layer)随着基本结构一起弯曲振动时,主要通过拉、压变形而损耗能量,故也被称为拉伸型阻尼处理(Extensional Damping Treatment);而约束阻尼层(Constrained Damping Layer)随结构一起弯曲振动时,由于约束层(Constrained Layer)的限制,主要发生剪切变形而损耗能量,所以又被称为剪切型阻尼处理(Shear Damping Treatment)。
通常拉伸阻尼耗能远远小于剪切耗能,因此约束阻尼处理的效果要优于自由阻尼处理,但是自由阻尼处理的工艺较简单、成本较低。
因此,在实际工程应用中,两种方法都很普遍。
a) 自由阻尼处理结构b) 约束阻尼处理结构图1 表面阻尼处理结构示意图表1 自由阻尼处理和约束阻尼处理方法的比较3. Damping treatmentsViscoelastic materials have been used to enhance the damping in a structure in three different ways: free-layer damping treatment, constrained-layer or sandwich-layer damping treatment and tunedviscoelastic damper. Although these designs have been around for over 40 years, recent improvements in the understanding and application of the damping principles, together with advances in materials science and manufacturing have led to many successful applications. The key point in any design is to recognize that the damping material must be applied in such a way that it is significantly strained whenever the structure is deformed in the vibration mode under investigation.3.1. Free-layer damping (FLD)Fig. 2 illustrates a portion of a structure with a free-layer or sometimes called extensional type damping treatment. The damping material is either sprayed on the structure or bonded using a pressure-sensitive adhesive. Examples include undercoating of an automobile and application of mastics(乳香,胶合铺料)to body and floor panels to provide damping. When the base structure is deflected in bending, the viscoelastic material deforms primarily in extension and compression in planes parallel to the base structure. The hysteresis loop of the cyclic stress and strain dissipates the energy. The degree of damping is limited by thickness and weight restrictions. The vibration analysis of a beam with a viscoelastic layer was first conducted by Kerwin and colleagues [10,11]. The viscoelastic characteristic of the material was modelled using the complex modulus approach. The system loss factor in a free-layer system increases with the thickness, storage modulus, and loss factor of the viscoelastic layer. Another interesting feature of the free layer treatment is that the damping performance is independent of the mode shape of vibration for full coverage by the viscoelastic layer. It is however, possible to optimize partial coverage for a particular mode or a limited number of modes [12,13].3 阻尼材料及其特性附加阻尼处理中采用的阻尼材料通常为粘弹性阻尼材料。
粘弹性阻尼材料兼有粘性和弹性两方面的特性。
阻尼材料的温频相关性。
阻尼材料的温频叠加原理。
阻尼材料的数学模型表示。
阻尼材料动态性能的测定。
4 分析方法自由阻尼结构的理论分析:复刚度法、变形能法、模态分析法和有限元法。
4.1 复刚度法表面阻尼处理结构主要是指表面阻尼处理的弯曲振动的结构。
复刚度法假设表面阻尼处理结构满足如下变形假设:1、 阻尼层与弹性层在弯曲振动时具有相同曲率(直平面/直法线假设);2、 各层具有相同的振动模态,忽略振动过程中各层厚度的变化; 基于以上假设,对于梁、板类结构,其复弯曲刚度为)1()()()(*ηj EI EI j EI B +'=''+'=)()('''=EI EI η称为损耗因子,反映了结构振动时能量损耗能力的大小。
4.2 变形能法结构振动时,各个子结构的最大变形能分别为i W ,在一个振动周期内的阻尼耗能分别为i s D )(,则结构的损耗因子定义为∑∑=iiiis WD πη2)(如果已经知道各个子结构的损耗因子分别为i η,则:1、 各个子结构在一个振动周期内的阻尼耗能分别为i i i s W D πη2)(=2、 整体结构的损耗因子为∑∑=ii iii WW ηη4.3 模态分析法和有限元法模态分析法和有限元法适用于各种复杂结构。
1、 利用有限元法分析计算结构的刚度矩阵和质量矩阵2、 利用模态参数计算结构的模态变形能3、 利用能量法计算各阶模态的损耗因子(模态阻尼比)用有限元法分析阻尼结构有两种建模方法:一种是分层划分单元,将上下表面金属层和阻尼层分别划为板壳单元和体单元,层与层之间只在节点处协调,优点是可用现成的商用软件MSC/NASTRAN、SAP等求解,缺点是单元自由度高,求解费时。
二是整体划分单元,把约束层、阻尼层、基体层看成一个整体,这能更好地体现出阻尼结构各层之间协调关系,并有自由度少、运算省时、精度高等优点。
文献[杨莉、孙庆鸿,2004]采用整体划分单元法建立了自由阻尼板的有限元模型,并在用有限元法进行结构动态特性分析的基础上,预测了结构的声辐射。
4.3.1 粘弹性结构的有限元建模方法及比较方法1:Finite element representation of laminated metal. Steel laminate skins are modeled with offset shell elements. Adhesive laminate core is modeled with solid elements.方法2:Rigid links between the shell nodes and the volume element are used instead of defining offsets for shell elements.方法3:用梁单元建立粘弹性阻尼层的等效模型,可以提高模拟精度(JSV_1984,1992)4.3.2 粘弹性结构动力问题的有限元分析概述(瞬态响应分析、稳态响应分析)4.3.3 弹性—粘弹性复合结构的有限元模型和动力学方程【引用】4.3.4 复合结构的有限元动力方程的求解方法——稳态、瞬态【引用】4.4粘弹性材料本构模型Basic viscoelastic conceptsViscoelasticity may be defined as material response that exhibits characteristics of both a viscous fluid and an elastic solid. An elastic material such as a spring retracts to its original position when stretched and released, whereas a viscous fluid such as putty retains its extended shape when pulled. A viscoelastic material (VEM) combines these two properties—it returns to its original shape after being stressed, but does it slowly enough to oppose the next cycle of vibration.The degree to which a material behaves either viscously or elastically depends mainly on temperature and rate of loading (frequency). Many polymeric materials (plastics, rubbers, acrylics, silicones, vinyls, adhesives, urathanes, and epoxies, etc.) having long -chain molecules exhibit viscoelastic behavior. The dynamic properties (shear modulus, extensional modulus, etc.) of linear viscoelastic materials can be represented by the complex modulus approach. The introduction of complex modulus brings about a lot of convenience in studying the material properties of viscoelastic materials. The material properties of viscoelastic materials depend significantly on environmental conditions such as environmental temperature, vibration frequency, pre-load, dynamic load, environmental humidity and so on. Therefore, a good understanding of such effects, both separately and collectively, on the variation of the damping properties is necessary in order to tailor these materials for specific applications.1. Effects of temperatureThe temperature is perhaps the most important environmental factor affecting the dynamic properties of damping materials. This effect is shown in Fig. 1 for a typical polymeric material having four distinct regions. The first region is the glassy state where the material has very large storage modulus (dynamic stiffness) but very low damping. The storage modulus in this region changes slowly with temperature, while the loss factor changes significantly with increasing temperature. In the transition region where the material changes from a glassy state to a rubbery state, the material modulus decreases rapidly with increasing temperature because of softening of the material that increases loss factor. The damping usually peaks at or around the glass transition temperature of the material. Some polymers can be made to have more than one transition region by changing the polymeric structure and composition to take advantage of the peak damping capacity in this region. In the rubbery state both modulus and loss factor take somewhat low values and vary very slowly with temperature. The flow region is typical for a few damping materials such as vitreous enamels and thermoplastics, where the material continue to soften as temperature increases while loss factor reaches very high values.2. Effects of frequencyExperiments have shown that vibration frequency or the rate of loading has significant effect on the damping and dynamic modulus of viscoelastic materials. The variation of the modulus and loss factor of a typical high damping material with frequency over a range of three to five decades shows that for a material without the flow region, the effect of increasing temperature on the storage modulus is similar to the effect of reducing frequency. This behavior provides the basis for the temperature–frequency superposition principle that is used to transform material properties from the frequency domain to temperature domain, and vice versa [9].4.5表面阻尼处理简单结构元件的分析方法简单结构元件(Structural Elements)是指形状规则的简单结构,如均匀直梁、圆环、圆柱壳等结构。