第6卷第4期空 间 结 构V o l.6N o.4 2000年12月SPA T I AL STRU CTU R ES D ec.2000
[文章编号]100626578(2000)0420021208
粘弹性阻尼材料支座在网壳结构
减震控制中性能研究
周晓峰, 陈福江, 董石麟
(浙江大学, 浙江, 杭州 310027)
[摘 要] 空间网壳结构在强震作用下支座容易受损,而支座破坏后会引起网壳结构的整体
坍塌,其后果是严重的。目前在网壳结构中橡胶支座得到了广泛的应用。粘弹性阻尼材料的力
学性能与橡胶支座采用的胶料相近,而粘弹性阻尼材料比普通橡胶材料具有更高的阻尼耗能
能力,故将胶料改成粘弹性阻尼材料是可行的。本文从支座隔震的角度对网壳结构的动力性能
进行了探讨,并将粘弹支座取代传统的橡胶支座,提出了针对这种支座的计算模型,并运用时
程分析法对其受力性能进行了分析,得出了实用的结论。
[关键词] 空间网壳;粘弹性阻尼材料支座;地震荷载
[中图分类号] TU39313 [文献标识码] A
1 引 言
网壳结构以其新颖的建筑造型、合理的结构特性而受到各国建筑师和结构工程师的青睐,在体育建筑、纪念性建筑、文化建筑等领域得到广泛的应用。随着经济的发展及科学技术的进步,网壳结构正趋向大型化、复杂化,随之带来在计算和设计方面的各种问题。网壳结构由于其自身结构形式的多样性、造型复杂多变、杆件和节点数目繁多等特点,人们对该种结构的抗震规律性认识还远远不够,对于它的抗震设计,至今还未从根本上解决。网壳结构的抗震研究更是严重滞后于工程实践,设计规范中也反映了部分研究成果,但还远未达到多层和高层结构的抗震认识程度。研究分析还表明,网壳结构支座的刚度对网壳结构动力特性有明显影响[1][2]。我国在六十年代就已将橡胶支座应用于桥梁结构,多年的工程实践表明,它的效果良好。近年来,这种支座在网壳结构中也得到应用。图1所示为网壳结构中采用的夹层橡胶隔震支座,夹
[收稿日期] 2000206223
[作者简介] 周晓峰(1973—),男,湖北武汉人,浙江大学土木系博士研究生,主要从事空间钢结构的分析理论研究。
图1 夹层橡胶支座层橡胶垫是在网壳支座支承顶板间设置一块由多
层橡胶材料与薄钢板粘合、压制而成的矩形或圆
形垫板。该种支座的优点在于:因钢板参与受力,
故竖向承载力大,作为网壳结构的支座,非常安
全;具有稳定的弹性复位能力,能在多次地震中自
动瞬时回位。但它也存在不足之处:普通夹层橡胶
支座能够提供的等价粘性阻尼比不超过3%。因
此,大多数情况下在隔震系统中须另外增设阻尼
器,通常隔震器和阻尼器并行设置,这使得构造复杂,安装极不方便。因此在网壳结构的设计中,通常不设置附加阻尼器,并且忽略夹层橡胶支座的阻尼,而将它假定为弹性支座进行设计。由随机振动的知识可知,隔振支座的阻尼对隔离地震有特殊的作用。为了使网壳结构在地震激励下有更好的受力性能,有必要寻求一种更优的支座。
粘弹性阻尼材料的力学性能与橡胶支座采用的胶料相近,而粘弹性阻尼材料比普通橡胶材料具有更高的阻尼耗能能力,故将胶料改成粘弹性阻尼材料是可行的。这种改进后的支座形式在保持原有优势的基础上,在地震作用下,由于粘弹性阻尼材料具有较大的阻尼损耗因子,还可减轻地振动影响及改善下部支承结构的受力性能。本文将根据隔震支座的实际构造,以及粘弹性阻尼材料在往复荷载下的力学性能,提出其计算模型,并通过算例,研究设置了粘弹性阻尼材料支座的网壳结构在EL -Cen tro 波作用下的时程反应,比较了不同参数取对结构性能的影响,从而得到了一些有益的结论,对实际工程的应用起到指导和参考的作用。
2 粘弹性阻尼材料的工作原理和计算模型
211 粘弹性阻尼材料工作原理
粘弹性材料是一种同时具有某些粘性液体和弹性固体特性的高分子聚合物材料,不但能像弹性材料那样存储能量,而且还象粘性液体那样耗散能量[3]。它之所以具有存储、耗散能量的能力,是因为在受到交变应力作用时,高分子聚合物的分子间容易产生相对运动,曲折状的分子链会产生拉伸、扭曲等变形,分子间的链段也会产生相对滑移、扭转。当外力除去后,变形的分子链要恢复原位,分子间的相对运动也会部分复原,释放外力所作的功,这就是粘弹材料的弹性;但分子链段间的滑移、扭转不能完全复原,产生了永久变形,这就是粘弹材料的粘性。由于这种材料微观结构上众多的耗能环节,在适当的温度和频率下,承受交变应力时会有很大的耗能效应,因此,这是一种最常用的阻尼材料。
由于粘弹性材料的动态力学性能不同于弹性材料,所以在交变应力的作用下其应力2应变曲线与弹性材料的性质不全相同。对弹性材料施加交变应力之后,弹性材料内部的应力和应变几乎是同时增加或减小,故弹性材料的应力2应变曲线为一直线,而粘弹性阻尼材料的应变却滞后于应力,应力2应变曲线为一椭圆形的滞回曲线,具有很强的耗能能力[3]。
212 粘弹性阻尼材料计算模型
大量的研究成果表明,粘弹性阻尼材料的耗能能力受环境温度、激励频率和应变幅值的影响很大[4],为了精确地描述它的应力2应变关系,各国学者提出了各种各样的计算模型,例如:2000年周晓峰等:粘弹性阻尼材料支座在网壳结构减震控制中性能研究第4期
复刚度模型、微段模型、Kelvin 模型、M axw ell 模型、
分数导数模型等,这些模型各有千秋,复刚度模型适用于小应变情况,简单有效,应用广泛;微段模型考虑了温度的影响,比较精确,但计算复杂;Kelvin 模型适用于储能剪切模量G 较大的粘弹性材料;而M axw ell 模型适用于储能剪切模量G 较小的粘弹性材料;分数导数模型考虑了温度、频率和应变幅值的影响,但计算公式过于复杂。为了粘弹性阻尼材料支座的推广应用,本文采用复刚度模型。
3 安装粘弹性阻尼材料支座的网壳结构在地震作用下的时程分析311 粘弹性阻尼材料支座的计算模型
网壳结构随其几何形状的变化,对地震方向的敏感程度是不一样的。有时对水平方向地震敏感,有时对竖直方向地震敏感,有时对水平向和竖向都敏感,因此网壳结构抗震分析应同时考虑地震的多维输入,这也是符合实际情况的。由图1可知粘弹性阻尼材料支座在多维地震荷载激励时,存在以下受力特性:由于粘弹性材料层中加设夹层钢板,经高温硫化两者紧密粘结。当支座承受竖向荷载时,粘弹层的横向变形受到约束,使支座具有很大的竖向刚度。当支座承受水平荷载时,粘弹层的相对侧移大大减少,使支座可达到很大的整体侧移而不至于失稳,并图2 粘弹支座的计算模型且保持较小的水平刚度。此外,由于夹层钢板与粘弹层
的紧密粘结,支座在竖向地震作用下还能承受一定的拉
力。根据以上支座的受力特性,本文提出一种计算模型,
如图2所示。其中C x 、C y 、C z 分别为x 、y 、z 方向的阻尼,
K x 、K y 、K z 为三向的刚度。这种计算模型赋予网壳结构
支座能产生三方向的拉、压变形,而两水平的变形则是
由于粘弹材料与钢板之间的剪切变形而引起的。此外,
三个方向的阻尼则能较好地模拟粘弹材料的阻尼耗能
机制。因此,该计算模型是符合实际情况的。
因为粘弹性阻尼材料最早是应用于高层建建筑的
抗风设计,利用它与夹层钢板间的剪切变形来耗散能量,所以它的剪切刚度、剪切阻尼在许多文献中均有论述[5]。公式如下:
K x =K y =G ′A
n t C x =C y =ΓG ′A n t Ξ
(1)其中,Γ=G ″ G ′,为损耗因子,G ″、G ′为损耗剪切模量和储能剪切模量,A 、n 、t 分别为粘弹材料的剪切面积、层数、每层材料厚度。粘弹材料的拉压存储弹性模量、拉压损耗弹性模量与剪切存储弹性模量、剪切损耗弹性模量之间的关系为:E =2G (1+Λ),Λ为粘弹性阻尼材料的泊松比,一般较金属材料的泊松比高,测定值为0.45～0.5之间。当泊松比取015时,拉压刚度为[6]:
K z =3G ′A n t C z =3ΓG ″A n t Ξ
(2)2000年空 间 结 构第4期
因为有夹层钢板的参与,支座竖向刚度比上式的大许多,且随钢板的材质、层数及厚度变化,所以拉压刚度具体值应由实验确定。一般网壳结构的支座采用铰接,故可忽略粘弹性阻尼材料的扭转刚度和弯曲刚度。由式(1) (2)可得粘弹性支座的单元刚度阵为:
K(e)=
K x
0K y对
00K z
-K x00K x称
0-K y00K y
00-K z00K
z
(3)
阻尼阵为C(e)=Γ
ΞK(e)。
312 安装了粘弹性阻尼材料支座的网壳结构的设计方法
安装了粘弹支座的网壳结构的受力与安装普通铰支座的网壳结构是不一样的,尤其是在地震荷载这一种非平稳随机激励作用下,因此,其设计步骤如下[7][8]:
11对未安装粘弹支座的网壳结构进行响应计算,得到结构的基频;
21根据基频确定期望的阻尼比,以满足网壳结构在地震荷载下所希望达到的反应;
31一旦阻尼比确定下来,就可以根据厂家提供的资料选择粘弹性阻尼材料类型、设计粘弹支座的剪切面积、粘弹材料的厚度;
41由设计好的粘弹材料参数算出支座的拉压刚度、剪切刚度和阻尼比,重新计算安装了该种支座的网壳结构的响应,确定基频;
51若由步骤4计算出的结构响应达到所期望的控制效果,设计即告结束,否则重复2至4步,直到网壳结构达到预期的控制效果。
313 算例分析
考虑一个K8型球壳结构,输入波为三向E l-cen tro地震波(美国,1940年,N S向最大加速度为34.17gal(1gal=1c m s2)),持时为20s。球壳几何图形及计算参数见图3,每个支座为粘弹性阻尼材料支座,材料参数为G′=482N c m2,G″=782N c m2,支座平面尺寸为300×300mm2,粘弹垫板厚度为8mm,层数为7,夹层钢板采用Q235钢材,厚度2mm。
运用本文方法对K8球壳安装粘弹支座的情况和安装普通铰支座的情况进行三维地震时程分析,分别计算了A、B两点的三个方向的振动线位移,及杆件1、2的三向轴力。其结果如图4—图11所示:
由以上图4—图7可见,安装普通支座时A点在9.42s达到x向最大振幅-11.2mm,在9.92s达到y向振幅13.1mm;B点则在9114s达到x向最大振幅-14.3mm,在8164s达到y 向振幅5187mm。而安装了粘弹支座后两水平方向的振幅均显著减小。
经过比较,杆件1的X向轴力远大于另两向轴力,而杆件2则是Y向轴力远大于另两向轴力,故仅分析比较两件的最不利轴力即可。由图8—图11可见,安装粘弹支座后,杆件轴力均比安装普通支座情况下的相同杆件轴力减小8倍左右。
2000年周晓峰等:粘弹性阻尼材料支座在网壳结构减震控制中性能研究第4期
图3 K 8
型球壳几何图形及设计参数
图4 A 点X
向位移
图5 A 点Y
向位移
图6 B 点X 向位移
2000年空 间 结 构第4期
图7 B 点Y
向位移
图8 安装普通支座时单元1的X
向轴力
图9 安装粘弹支座时单元1的X
向轴力
图10 安装普通支座时单元2的X 向轴力
2000年周晓峰等:粘弹性阻尼材料支座在网壳结构减震控制中性能研究第4期
2000年空 间 结 构第4期
图11 安装粘弹支座时单元2的X向轴力
4 结 论
经过上述算例的比较分析可得出以下结论:
11在大跨网壳等复杂的空间结构中运用粘弹性阻尼材料隔震支座是切实可行的,能有效的降低网壳在强震作用中的振幅及轴力,从而带来更好的安全性、经济性;
21通过算例可知,粘弹隔震支座能有效隔离水平方向地震,而竖直方向地震的隔离效果则受支座的竖向刚度影响很大,故而合理得出粘弹支座的竖向刚度至关重要。又因为隔震支座是由粘弹阻尼材料和薄钢板叠合而成的,受力非常复杂,所以它的竖向刚度应通过实验得出;
31在粘弹支座的设计中,一些参数,如支座的等效刚度、等效阻尼、支座的几何尺寸以及粘弹材料的厚度等,对计算结果的影响很大,如何优化地设计这些参数以带来最优的结果和提出实用而简洁的计算公式对这种隔震支座的推广应用将起到决定性的作用。
参 考 文 献
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ANALY SIS ON PROPERT IES OF V ISCOELAST I C BEAR ING UND ER THE EARTHQUAKE EXC ITAT I ON
ZHOU X iao2feng,CH EN Fu2jiang,DON G Sh i2lin
(Zhejiang U n iversity,H angzhou310027,Ch ina)
[Abstract] A s fo r a reticu lated dom e,its dynam ic p roperties are affected rem arkab ly by its bearing.R ecen t2 ly,rubber bearing w as app lied to m any actual engineering p ro jects.It’s found that viscoelastic m aterial has m uch mo re energy2dissi pated capacity than rubber m aterial.T herefo re,it is feasib le that the viscoelastic bearing,in stead of the rubber bearing,is u tilized to reduce the respon se of the structu re due to the earth2 quake excitati on.In th is paper,a m ethod is app lied in the analysis of seis m ic iso lated bearing.T he earth2 quake excitati on is taken in to accoun t.T he ti m eh isto ry analysis is p roceeded to verify the effect of the vis2 coelastic bearing.
[Key W ords] reticu lated dom es;viscoelastic bearing;earthquake excitati on
(上接第62页)
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D ISCUSSI ON ON QUAL IT Y ASSESS M ENT AND
CLASSIF I CATI ON OF W ELD ING I M PERFECTI ON
IN STEEL STRUCTURES
ZHAO Feng2lan
(Fu jian In stitu te of M etallu rgic Indu stry,Fuzhou350011,Ch ina)
[Abstract] In th is paper,the effect of w elding i m perfecti on in steel structu res w as analyzed,including its type,locati on and size.F inally,the su itab le m ethod fo r quality assess m en t and classificati on w as disscu ssed.
[Key W ords] u ltrason ic w ave;w elding i m perfecti on;steel structu res
缓冲减振用弹性胶泥阻尼材料 内容摘要:摘要：介绍了缓冲减振用新型橡胶—弹性胶泥的特点、主体材料结构、工作原理、可供选用的有机聚硅氧烷以及弹性胶泥缓冲器产品。关键词：弹性胶泥。阻尼材料。弹性胶泥缓冲器液压油、金属弹簧、橡胶是常用的三种缓冲减振介质或材料，由它们制作的缓冲减振产品称为缓冲器或减振器。 摘要：介绍了缓冲减振用新型橡胶—弹性胶泥的特点、主体材料结构、工作原理、可供选用的有机聚硅氧烷以及弹性胶泥缓冲器产品。 关键词：弹性胶泥；有机硅；阻尼材料；弹性胶泥缓冲器 液压油、金属弹簧、橡胶是常用的三种缓冲减振介质或材料，由它们制作的缓冲减振产品称为缓冲器或减振器。液压缓冲器使用液压油作为缓冲介质，利用液压油在外力作用下的流动摩擦生热来吸收能量，但一直以来都存在液压油密封问题难以解决，没有得到广泛应用；金属弹簧缓冲器是利用弹簧的刚弹性，通过弹簧摩擦吸收能量，但其自重较大，弹簧磨损快，使用寿命短；橡胶作为缓冲、减振材料使用历史悠久。一般是将加有硫化剂、填充剂等配合剂的橡胶放入模具内加热加压硫化成各种形状，利用硫化橡胶的弹性来达到缓冲、减振目的。硫化后的橡胶其体积是不可压缩的 [1] ；由于硫化橡胶在使用过程中受到的疲劳破坏、永久变形、老化等原因，其使用寿命也有限。一般情况下，上述三种缓冲器产品的维修期为一年。而利用未硫化橡胶的粘弹性、流动性和体积可压缩性来制作的弹性胶泥是一种新型特种橡胶粘弹性高阻尼材料，由它制作的弹性胶泥缓冲器克服了液压缓冲器、刚弹簧缓冲器和硫化橡胶缓冲器的缺点，集合了它们的优点，具有特殊的减振缓冲性能和理想的使用寿命。 国外对弹性胶泥的研究在二十世纪六十年代就已开始，欧洲国家在八十年代的这项技术已经相当成熟，并在军事装备、工程机械、钢铁工业、桥梁建筑、铁路机车车辆等方面获得广泛的应用；国内对弹性胶泥的研究和使用始于二十世纪九十年代 [2，3] ，主要生产低容量的弹性胶泥缓冲减振器，其应用领域相对有限，可用于铁路机车车辆等方面的高容量弹性胶泥研究刚刚起步，技术尚不成熟。因此，开发弹性胶泥配方和弹性胶泥缓冲器系列产品具有重要的经济和战略意义。 研究和应用弹性胶泥必须了解其可选用的主体材料、特点和工作原理。 1 弹性胶泥材料 1.1 弹性胶泥的组成 弹性胶泥是一种由有机硅高分子化合物、填充剂、抗压剂、增塑剂、着色剂等化学成分组成的材料 [3] 。其主体材料“有机硅高分子化合物”是未经交联的，它决定了弹性胶泥的基本性能；调节弹性胶泥的粘度、压缩比和阻尼性能，一方面可使用有机硅高分子化合物，另一方面也可使用低分子增塑剂和填充剂，同时还可降低配方成本；由于弹性胶泥是在密闭的耐高压金属缓冲器中通过压缩、摩擦和流动而工作的，抗压剂可在金属缓冲器表面形成牢固的保护膜，当金属因为摩擦结点受压而温度升高时，加入抗压剂可减少金属表面的磨损。 1.2 弹性胶泥用有机硅高分子化合物的选择
第十章．阻尼减振降噪技术 A、教学目的 1.隔振及其原理(C：理解) 2.阻尼降噪及其原理(C：理解) 3.阻尼降噪的量度(B：识记) 4.阻尼材料和结构的特性及选用(B：识记) B、教学重点隔振原理、阻尼降噪原理及其量度、阻尼材料和结构的特性及选用。 C、教学难点 阻尼降噪原理及其量度、阻尼材料和结构的特性及选用。 D、教学用具 多媒体——幻灯片 E、教学方法 讲授法 F、课时安排 2课时 G、教学过程 声波起源于物体的振动，物体的振动除了向周围空间辐射在空气中传播的声(称”空气声”)外，还通过其相连的固体结构传播声波，简称“固体声”，固体声在传播的过程中又会向周围空气辐射噪声，特别是当引起物体共振时，会辐射很强的噪声。 振动除了产生噪声干扰人的生活、学习和健康外，特别是1~100Hz的低频振动，直接对人有影响。长期暴露于强振动环境中，人的机体将受到损害，机械设备或建筑结构也会受到破坏。 对于振动的控制应从以下两方面采取措施：一是对振动源进行改进以减弱振动强度；二是在振动传播路径上采取隔振措施，或用阻尼材料消耗振动的能量并减弱振动向空间的辐射。从而，直接或间接地使噪声降低。 一. 振动对人体的危害 从物理学和生理学角度看，人体是一个复杂系统。如果把人看作一个机械系统。 振动的干扰对人、建筑物及设备都会带来直接的危害。振动对人体的影响可分为全身振动和局部振动：全身振动是指人直接位于振动体上时所受的振动；局部振动是指手持振动物体时引起的人体局部振动。可听声的频率范围为20～20000 Hz，而人能感觉到的振动频率范围为1～100 Hz。振动按频率范围分为低频振动(30Hz以下)、中频振动(30-100Hz)和高频振动(100 Hz以上)。 实验表明人对频率为2—12 Hz的振动感觉最敏感。对于人体最有害的振动频率是与人体某些器官固有频率相吻合(即共振)的频率。这些固有频率是：人体在6 Hz附近；内脏器官在8Hz附近；头部在25 Hz；神经中枢则在250Hz左右。低于2Hz的次声振动甚至有可能引起人的死亡。人对振动反应的敏感度按频率和振幅大小，大致分为6个等级，见图10-1。(P203) 振动的影响是多方面的，它损害或影响振动作业工人的身心健康和工作效率，干扰居民的正常生活，还影响或损害建筑物、精密仪群和设备等。根据人体对某种振动刺激的主观感觉和生理反应的各项物理量，国际标准化组织(ISO)和一些国家推荐提出了不少标准，主要包括局部振动标准(ISO5349-1981, P203)、整体振动标准(ISO2631-1978, P204)和环境振动标准(GB10070-88, P205)。 局部振动标准(ISO5349-1981):如人的手所感受的振动。
阻尼减振降噪结构几何参数特性分析* 孙大刚诸文农马卫东杨光 【摘要】分析了阻尼减振降噪结构模型中几何参数的特性及其对结构损耗因子的影响。对采用非间隔式阻尼层结构和间隔阻尼层结构几何参数进行了研究，最后对大型履带式拖拉机行走系进行了阻尼减振降噪结构的实际应用和性能对比试验分析。 叙词：阻尼减振降噪几何参数分析 引言 在农业机械中常有需做减振降噪处理的杆、管等对称结构件，若对此类结构件采用不同的减振型式，其减振降噪效果会相差很大。因此有必要对它们进行研究，以获得最佳的减振降噪性能。 1 减振结构模型 对于n弹性约束层组合减振结构(简称组合结构)，采用复刚度方法，用结构的损耗因子来评价其对振动能的损耗率 (1) 式中η——组合结构的损耗因子Z ——组合结构的耦连参 数(复数) (EI)*——n弹性层复弯曲刚度，E为弹性层材料的抗弯模量，I 为结构横截面对中性层的惯性矩 Y——组合结构的几何参数 Y的通式为 (2) ——组合结构的传递弯曲刚度 式中(EI) t ——组合结构未耦连时的弯曲刚度 (EI) ——组合结构完全耦连时的弯曲刚度 (EI) ∞ 由式(1)知，几何参数Y直接影响到结构的减振效果，故需研究不同的减振结构所形成的几何参数Y对结构的减振性能的影响。 2 对称结构几何参数Y的特性
图1矩形截面减振结构 首先以最常见的矩形截面结构(见图1)为例，其1、3为弹性约束层并以第1层为参考层；第2层为阻尼层。弹性层至中性层0—0的距离D 为 (3) 式中E 1′、E 3 ′——第1、3弹性约束层的弹性模量的实部 F 1、F 3 ——第1、3弹性约束层横截面的面积 再由式(2)求得 （4） 式中H 31——第3层至第1层中性层的距离B １ ′、B ３ ′——第1、3 层复弯曲刚度的实部 K １′、K ３ ′——第1、3层复拉伸刚度的实部 通常结构的第1、3层(弹性层)采用同种材料，经对式(4)求极值， Y/K １ ′=0和Y/ K 3′=0，可得出结论：阻尼层采用对称布置可使结构的Y=Y max ，此时的 结构对振动能量的损耗率达最大值，若结构布置不当，其损耗因子相差很大，有时η仅为10-3～10-2ηopt数量级。 2.1 管状对称结构(非间隔式)的几何参数 管状对称结构件与矩形结构类似，所选用的阻尼层数、型式、结构几何尺寸不同均会使结构的损耗因子值出现较大的变化。图2为非间隔式阻尼层结构，其特点是结构简单，制作容易，对冲击载荷的缓冲效果好；不足的是其损耗因子达一定值后很难再提高。
第七章 粘弹塑性模型的基本概念 7 . 1 引言 为了描述土体应力一应变关系受时间的影响，需要采用与时间有关的类模型（如粘弹胜模酬、粘塑性模型，粘弹塑隆模型）来描述土的性状。 弹性、塑性和粘性是连续介质的三种基本性质，各在定条件F 独自反映材料本构关系的一个方面的特性。理想弹性模型、理想塑胜模型（或称刚塑性模型）和理想粘性模型是反映这三种性质的理想模型，通常称为简单模型。实际工程材料的本构关系可以用这些简单模型的各种组合来构成。 理想弹性模型又称虎克弹性模型，通常用理想弹簧表示（图7-1( a )）。其本构方程为虎克定律。一维条件下，如单轴压缩和纯剪清况下，表达式分别为： （7.1.1） （7.1.2） 式中E —— 弹性模量、 G——剪切模量。 剪切模量与弹性模量和泊松比的关系如下式所示： （7.1.3） 式中 ——泊松比。 三维条件下本构方程可表示为下述形式： （7.1.4） 式中 K——体积弹性模量。
（a） （b） 图7-1 理想弹性模型 体积弹性模量与弹性模量和泊松比的关系如下式所示： （7.1.6） 理想粘性模型又称牛顿粘滞体模型。通常用一粘壶（或称阻尼器）表示（图7-2 ( a ) ）。粘壶内充满粘滞液体和一个可移动的活
塞。活塞在粘滞液体中的移动速度与所受阻力成正比关系，反映了粘性介质内一点的应力与该点处应变速率成正比例关系的性质。一维条件如单轴压缩或纯剪情况下，表达式分别为： （7.1.7） （7.1.8） 式中 、 ——粘滞系数。 由上两式可以看出，从数学表达的形式上与理想弹性体单轴压缩和纯剪时的本构方程相类似。 与理想弹性体的方程相对应，类似式7.1.3，存在下述关系： （7.1.9） 式中 ——粘性应变速率的横向比值。
阻尼减震橡胶 现实生活中振动无处不在,振动的现象是不容忽视也是不可缺少的,人们一直致力于振动的产生,控制和消除的研究,所有的物体的振动都会产生声音,如果没有振动就不会有音乐,人类也无法进行语言交流了.但是振动也会对人们的生活产生许多不利的影响,如:共振会导致装置的损坏,噪音会影响人类的生活环境等.怎样将振动对人们产生的不利影响减到最小,是当前减震技术发展和追求的方向。减震技术的核心是消除干扰性振动或找出解决的方法,现在比较适用和成熟的减震方法是橡胶减震系统,早在橡胶应用于工业之初,人们就使用了橡胶隔离来进行减震。 橡胶是一种很理想的阻尼材料，阻尼减震技术是利用橡胶特有的粘弹性，在震动过程中，在外力作用下导致剧烈的内摩擦，产生了反作用力，将动能转化为热能，实现了能量转换，从而达到降低震幅的目的。 减震橡胶的作用: 代替金属弹簧起到消振,吸振作用.其主要的性能要求在静刚度、动刚度、耐久性能上。 减震橡胶的特点: ①橡胶是由多种材料相组合而成,同一种形状通过材料调整可以拥有不同的性能. ②橡胶内部分子之间的摩擦使它拥有一定的阻尼性能,即运动的滞后性(受力过程中橡胶的变形滞后于橡胶的应力). ③橡胶在压缩、剪切、拉伸过程中都会产生不同的弹性系数 减震橡胶的性能特征： 静刚度的定义：指减震橡胶在一定的位移范围内,其所受压力(或拉伸力) 变化量与其位移变化量的比值. 动刚度的定义：指减震橡胶在一定的位移范围内, 一定的频率下, 其所受压力(或拉伸力)变化量与其位移变化量的比值. 动倍率的定义指减震橡胶在一定的位移范围内所测定的动刚度与静刚度的比值,即:Kd/Ks 损耗系数: 在减震橡胶的受力过程中,橡胶的变形与橡胶的应力之间存在着一定的相位差,而橡胶的应力一般要超前于橡胶的变形一定的相位角δ 扭转刚度: 指减震橡胶在一定的扭转角范围内,其扭转力矩与扭转角之间的比值. 耐久性能: 指减震橡胶在一定的方向一定的预加载荷、振幅、振动频率下,经往复振动n次后产品完好或将产品往复振动直至破坏时的振动次数, 耐久性能是衡量一个减震橡胶件的安全性能和综合性能的重要指标.
宽温域、粘弹性、高阻尼防护材料 为了满足飞机、舰船等装备减振降噪、密封防腐蚀的实际需求，我们研制了一种新颖的宽温域、高阻尼、粘弹性防护材料。其特征是：宽温域、多功能、系列化。因而具有非常广泛的应用前景。 一. 震动、噪音的危害 在恶劣的工作环境中，震动、噪声、腐蚀介质等环境因素对装备造成损伤现象不仅非常普遍，而且有的还相当严重。 振动和噪声的危害：①振动和噪声不仅干扰武器装备导航、攻击系统的正常工作，还会极大地降低装备的隐身性能，其危害极其严重。例如，振动和噪声能降低潜艇的隐身性能，容易被敌方的声纳设备监控而遭受攻击。②振动和噪声能加速装备机械构件的疲劳损伤、腐蚀-疲劳损伤，从而缩短使用寿命。③振动和噪声能影响机械加工的精度和产品的质量。④振动和噪声能干扰人们的安宁、舒适的生活环境和工作环境。 腐蚀介质的危害表现在二个方面：一是引起装备的金属物件发生腐蚀损伤，二是引起非金属物件发生老化损伤。它严重地影响装备使用的可靠性、安全性及使用寿命。 因此，开展阻尼-防护新产品、新技术研究，不仅是具有重大的军事意义，而且还具有重要的社会意义。 二、减振降噪技木的分类 目前实用的减振降噪技术，主要有三种阻尼结构涂层形式：自由阻尼结构涂层、约束阻尼结构涂层、复合阻尼-隔声结构涂层。 ⑴自由阻尼结构涂层 自由阻尼结构涂层，就是在基材上涂敷一层粘弹性阻尼材料形成外部呈自由状态的阻尼层。当基材弯曲振动时，通过阻尼层材料的拉压变形将振动能量变成热能而消耗掉，达到减振降噪的目的。自由阻尼结构理论是由德国的Oberst于1956年提出的。实施方法简便，经济。 ⑵约束阻尼结构涂层 约束阻尼结构涂层，就是除了在基材板上涂敷一层粘弹性材料形成阻尼层之外，还要在其上再涂敷一层高模量的材料形成约束层。当基材弯曲振动时，通过阻尼材料的剪切变形将振动能量变成热能而消耗掉，达到减振降噪的目的。在约束阻尼结构中，约束层不得与基板相联接。 约束阻尼结构理论是由kerwin于1959年提出来的。约束阻尼结构涂层的阻尼效果比自由阻尼结构涂层好。 其缺点是：与自由阻尼结构涂层相比较，由于增加了一层约束层，因此，实施工艺复杂，用料多，重量重，成本高，施工周期长。 ⑶复合阻尼-隔声结构涂层
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
沥青型阻尼材料的研究进展 沥青型阻尼材料的基本配方是以沥青为基材，并配入大量无机填料混合而成，需要时再加入适量的塑料、树脂和橡胶等。沥青本身是一种具有中等阻尼值的材料。支配阻尼材料阻尼性能的另一个因素是填料的种类和数量。在沥青和填料的界面上因摩擦而产生的能耗，在振动的衰减中起着主要的作用 蛭石是一种层状结构的含镁的水铝硅酸盐次生矿物质,其一般由绿泥石、水云母和粘土矿物之类晶格层状矿物组成,在自然状态下具有类似云母的尺寸和形状。经高温焙烧后的蛭石,其体积能迅速膨胀数倍至数10 倍,具有细小的空气间隔层,因而是一种优良的保温、隔热、吸音、隔声材料[5～7 ] 。以蛭石为阻尼剂,SBS、硅烷偶联剂(WD250) 等为改性剂制备了沥青型阻尼材料。结合正交试验法研究了主要影响因素(SBS、蛭石) 对阻尼性能的影响,并进行了 实际降噪模拟测试。结果表明,随SBS 用量的增加,材料的损耗因子呈下降趋势;随蛭石用量 的增加,损耗因子呈先降低后增加的趋势;当WD250 、蛭石、SBS 的量分别为512 %、1310 %、510 %时,制备的阻尼材料性能最佳,降噪率高达2611 %。 Bs隔震垫的构造由三部分组成(图1)，即中心胎为一层或数层石棉布(或麻布)，其上下涂以沥青混台料，其外用塑料薄膜封闭，厚3—7tam。可制成圆形、正方形或长方形。根据隔震应用需要、受力大小、容许侧向位移和隔震要求等因素，确定其厚度、层数和面积。其沥青混合料，也可根据隔震阻尼要求、力学性能要求、耐久性能要求和价格控制限度综合确定，一般由下列组份配成：沥青、滑石粉、废橡胶粉和其他多种化学添加剂等。Bs垫主要用于刚性建筑的基础隔震、隔声和释放温度应力。它的隔震机理可从以下三方面来说明：①因为舾垫的弹性模量比原结构大大降低，侧向刚度减少，而使基础约束放松．这可使建筑自振周期延长而减小地震响应；②Bs垫的阻尼比很大，一般可达O．25～0．加，为铜掘凝土结构的教倍，这可大大削减反应谱峰值(图2)；③Bs垫在地震时，将大量地震动能通过阻尼而转变为热能，使沥青制品发热而软化，其弹性模量和侧向刚度随之下降，使建筑自振周期进一步延长，地震响应迸一步衰碱，使其形成良性循环．而起到更可靠的隔震效果。 3沥青阻尼材料在汽车上的应用 按照使用部件和技术要求的不同，沥青型阻尼材料大致可分四种类型，可将其制成薄板形式，1．熔融型：此种板材熔点低，加热后流动性好，能流平整个汽车底部等构件，在汽车烘漆加热时一并进行加热。 2．热熔型：在板材的表面涂有一层热熔胶，以便在汽车烘漆加热时热熔胶融化粘合，它一般用作汽车底部内衬 3.自粘型。在板材的表面涂上一层自粘性压敏胶，并覆盖隔离纸，一般用在汽车顶部和侧盖板部分； 4，磁性型：在板材的配方中填充大量的磁粉，经充磁机充磁后具有磁性，可与金属壳体贴合，一般用在车门等部位。 国外很多汽车厂，被如ALFAROMEO、AUDI、FORD等都纷纷采用沥青型阻尼材料来减振降噪。每辆小轿车至少要互0—15kg用量，某些高级轿车(如BMW)用到30kg左右。在欧洲，西德、意大利等国都建有沥青型阻尼材料的专业生产厂，流水线连续作业，年产量很
液压阻尼减震器的工作原理 Tag：减震器，隔震器，减震，隔震，钢 液压式减震器是目前摩托车使用最为普遍的减震器，现简要介绍其工作原理。 1、液压阻尼式后减震器 液压式减震器的结构同吸入式泵基本相似，不同之处只是液压减震器的钢体上端是封闭的，而阀门上留有小孔。当后轮遇到凸起的路面受到冲击时，缸筒向上移动，活塞在内缸筒里相对往下移动。此时，活塞阀门被冲开向上，内缸筒腔内活塞下侧的油不受任何阻力地流向活塞上侧。同时，这一部分油也通过底部阀门上的小孔流入内、外缸筒之间的油腔内。这样就有效地衰减了凹凸路面对车辆的冲击负荷。而当车轮越过凸起地面往下落时，缸筒也会跟着往下运动，活塞就会相对于缸筒向上移动。当活塞向上移动时，油冲开底部的阀门流向内缸筒，同时内缸筒活塞上侧的油经活塞阀门上的小孔流向下侧。此时当油液流过小孔过程中，会受到很大的阻力，这样就产生了较好的阻尼作用，起到了减震的目的。 2、伸缩管式前*液力减震器 伸缩式前*同前轮和车架是连在一起的，它既起到一部分骨架支撑作用，又起到减震器的作用。随着柄管和套管之间的相互伸缩，前*内的油经设置在隔壁的小孔流动。当柄管压缩时，随着柄管的移动，B室里的油受压后经柄管上的小孔流向C室。同时经自由阀流向A室。油液流动时，受到的阻力衰减了压缩力。当压缩行程快到极限时，柄管末端的锥形油封片就会插上，从而封闭了B室内油的通路。此时，B室油压激剧上升，使其处于被封闭的状态，这样就限制了柄管的行程，有效地防止前*上的可动零件之间的瞬间机械碰撞。 在柄管伸张（即反弹）时，A室内的油经设在前*活塞上部（*近活塞环附近）的小孔流向C室。此时，油液流动所受到的阻力衰减了伸张力。当伸张行程快到极限时，反弹弹簧的伸长吸收了振动能量，而且在这一过程中，油经前*活塞下部的小孔补充到B室，为下一次的工作做好了准备。 三、减震力调节器及防点头装置 1、减震力调节器 根据道路状况和摩托车上负荷的大小，需要对摩托车乘坐的缓冲程度进行调节。减震力调节器主要有凸轮式、螺旋式及气压式和油压式，最常见的是凸轮式。 凸轮式调节器在减震器本体上焊接制动器处装一个波纹阶梯的圆筒凸轮，转动凸轮进行调节。这种结构最简单，且价格低，因而被广泛采用。不过，也有通过拨动手柄来改变凸轮位置进行调节的。 2、防点头装置 防点头（即防俯冲）装置的作用是根据制动力的大小自动减轻制动时俯冲的影响，以及获得舒适的制动感。该机构装在前*下部。前轮受到冲击及轻微制动时，前*管内的油沿着中细箭头的方向流动。紧急制动时，利用制动钳的动作制动钳的销（即活塞）介入，从而堵住减震器油的通路，油从活塞上的油路通过孔阀回到内油管，孔阀的通道比减震器受冲击动作时的油路小，油的流动受到限制，防俯冲装置使减震器受到压缩时的阻尼增大，俯冲得到有效控制。这时，由于制动力的作用，前面的负荷增加，由于制动钳的作用，俯冲力就和阀的挤压力相平衡，即使在动作中受到路面的冲击，由于正常的油路还通着，也可起到一定的缓冲作用。
阻尼性能及阻尼机理 前言 机械构件受到外界激励后将产生振动和噪声；宽频带随机激振引起结构的多共振峰响应，可以使电子器件失效，仪器仪表失灵，严重时甚至造成灾难性后果。目前，武器装备和飞行器的发展趋向高速化和大功率化，因而振动和噪声带来的问题尤为突出[1]。 振动也会影响机床的加工精度和表面粗糙度，加速结构的疲劳损坏和失效，缩短机器寿命；另外振动还可以造成桥梁共振断裂，产生噪声，造成环境污染[2]。 由此可见，减振降噪在工程结构、机械、建筑、汽车，特别是在航空航天和其他军事领域具有及其重要的意义。 阻尼技术是阻尼减振降噪技术的简称。通常把系统耗损振动能或声能的能力称为阻尼，阻尼越大，输入系统的能量则能在较短时间内耗损完毕。因而系统从受激振动到重新静止所经历的时间过程就越短，所以阻尼能力还可理解为系统受激后迅速恢复到受激前状态的一种能力。由于阻尼表现为能量的内耗吸收，因此阻尼材料与技术是控制结构共振和噪声的最有效的方法[1]。 研究阻尼的基本方法有三大类[1~3]： （1）系统阻尼。就是在系统中设置专用阻尼减振器，如减振弹簧，冲击阻尼器，磁电涡流装置，可控晶体阻尼等。 （2）结构阻尼。在系统的某一振动结构上附加材料或形成附加结构，增大系统自身的阻尼能力，这类方法包括接合面、库伦摩擦阻尼、泵动阻尼和复合结构阻尼。 （3）材料阻尼。是依靠材料本身所具有的高阻尼特性达到减振降噪的目的。它包括粘弹性材料阻尼、阻尼合金和复合材料阻尼。 本文主要论述阻尼材料的表征方法，阻尼分类，阻尼测试方法，各种阻尼机理，高阻尼合金及其复合材料，高阻尼金属材料最新研究进展，高阻尼金属材料发展中存在的问题及发展方向，高阻尼金属的应用等内容。 第一章内耗（阻尼）机理 1.1、内耗（阻尼）的定义 振动着的物体，即使与外界完全隔绝，其机械振动也会逐渐衰减下来。这种使机械能量耗散变为热能的现象，叫做内耗，即固体在振动当中由于内部的原因而引起的能量消耗。在英文文献中通用“internal friction”表示内耗。另外，在工程上用“阻尼本领”（damping capacity），对于高频振动则称为“超声衰减”（ultrasonic attenuation），其实与内耗一样都是表征同一个物理过程[4]。 产生内耗（阻尼）的原因是固体内部的结构特点和结构缺陷，因而通过内耗（阻尼）测量可以灵敏地反映固体内部结构的特点以及各种结构缺陷的运动变化和交互作用的情况[5]。 由此可见，内耗是一种很好的研究晶界的工具，它能够在不破坏试样的情况下，查知材料中晶界的动态性质。内耗与静态观测手段相配合，可以加深对晶界性质及其动力学行为的认识[4]。 总的来说，我们可以认为驰豫、后效是非弹性在静态过程中的表现，而阻尼、内耗则是非弹性
浅析结构阻尼 院系:土木工程学院 班级:研1404 姓名:张晓彤 学号:143085213123 日期:2014年11月24日
摘要：结构阻尼是描述振动系统在振动时能量损耗的总称。包括DTC东泰五金阻尼、阻尼铰链、阻尼滑轨粘性阻尼、干阻尼、滞后阻尼和非线性阻尼。本文主要总结和阐述了阻尼减震结构的概念与原理，结构减震控制的原理与概念，耗能减震的概念原理与分类，以及粘滞阻尼、金属耗能、粘弹性阻尼、摩擦耗能减震的原理与概念，以及各自的应用范围。 关键词：减震金属耗能摩擦耗能粘弹性阻尼粘滞阻尼 前言 地震和风灾害严重威胁着人类的生存和发展，自从人类诞生以来人们就为抗拒这两种自然灾害而奋斗。随着科学技术和人民生活水平的提高，预防与抵御地震和风灾的能力也在不断的提高，结构减震（振）控制技术作为抗御地震（强风）的一种有方法，也得到了发展和应用，并成为比较成熟的技术，结构减震（振）控制方法改变了通过提高结构刚度、强度和延性来提高结构的抗震抗风能力的传统抗震抗风方法，而是通过调整或改变结构动力特性的途径，改变结构的震（振）动反应，有效的保护结构在地震强风中的安全。在结构中加入耗能器来控制结构的地震和风振反应的耗能减震（振）方法是结构减震控制技术中一种有效、安全、可靠、经济的减震（振）方法。 1 阻尼结构的概念与原理 1.1结构减震控制的基本概念 传统的结构抗震方法是通过增强结构本身的抗震性能（强度、刚度、延性）来抵御地震作用的，即由结构本身储存和耗散地震能量，这是被动消极的抗震对策。由于地震的随机性，人们尚不能准确的估计未来地震灾害作用的强度和特性，按照传统抗震方法设计的结构不具备自我调节功能。因此，结构很可能在地震或风荷载作用下不满足安全性能的要求，而产生严重破坏或倒塌，造成重大的经济损失和人员伤亡。 合理有效的抗震途径是对结构安装抗震装置系统，由抗震装置与结构共同承受地震作用，即共同存储和耗能地震能量，以调节和减轻结构的地震反应。这是积极主动的抗震对策，也是目前抗震对策中的重大突破和发展方向。 1.2结构减震控制的分类 结构减震控制根据是否需要外部能量输入可分为被动控制、主动控制、半主动控制、智能控制和混合控制。 1.3耗能减震的概念 结构耗能减震技术是在结构物的某些部位（如支撑、剪力墙、节点、联结缝或连接件、楼层空间、相邻建筑间、主附结构间等）设置耗能（阻尼）装置（或元件），通过耗能阻尼装置产生摩擦、弯曲（或剪切、扭转）、弹塑（或粘滞、粘弹）性滯回变形来耗散或吸收地震输入结构中的能量，以减小主体结构地震反应，从而避免结构产生破坏或倒塌，达到减震控制的目的。耗能阻尼装置元件和支撑构件构成耗能部件，装有耗能
第一章粘弹性阻尼减振的基本概念 1.1振动控制和阻尼的概念 1.1.1振动与噪声的危害 振动是一种普遍的物理现象，我们这里讨论涉及到的震动问题主要是机械结构的振动及由此产生的物理现象。 大多数情况下，机械振动会造成严重危害，必须采用各种有效的方法加以控制，振动与噪声的危害主要包括： 1)振动造成机械结构的损坏，破坏工作条件。如建筑物在地震中受到随机 激励后，其强度承受不了共振响应造成损坏。 2)振动降低机器、仪器或工具的精度。如运载工具（火箭等）的命中精度 和控制装置如仪器、计算的抗振能力直接有关。 3)振动引起噪声，严重污染环境。如一些大型的振动设备工作过程中会产 生严重的噪声污染。 4)振动增加机械磨损，降低及其寿命。如在常高在低不平的路面上行驶， 汽车的寿命会严重减少。 1.1.2振动与噪声控制的主要方法 振动控制的工程含义有两层：振动利用和振动抑制。前者指利用系统的振动以实现某种工程目的；后者则指抑制系统的振动以保证系统正常工作，延长其使用寿命，本文主要讨论的是后面一个问题。 振动控制的方法很多，就机械产品设计和结构改进的角度上作分析和研究，振动和噪声控制主要是从消除振源或噪声源；隔离振源（及声源）与受影响机构间的传递和联系；以及减少结构本身响应这三个方面采取措施。 1)消除振动源或噪声源。 2)隔离振源（或声源）与受影响机构（或环境）之间的联系及能量传输。 3)结构的抗振及抗噪设计。 1.2阻尼减振降噪技术的定义以及工程应用实例 1.2.1阻尼技术的定义 从减振降噪的角度上来看，阻尼是指损耗振动能量的能力、也就是将机械振动及声振的能量，转变成热能或其它可以损耗的能量，从而达到减振及降噪的目的。 阻尼减振、降噪技术就是充分运用阻尼耗能的一般规律，从材料、测量、
第32卷 第4期 2000年12月西安建筑科技大学学报J 1X i ’an U n iv .of A rch.&T ech.V o l .32 N o.4D ec .2000 粘弹性阻尼结构的优化设计 徐赵东1,刘军生2,赵鸿铁1,庄国华3 (1.西安建筑科技大学,陕西西安710055;2.陕西建筑科学研究院,陕西西安710082; 3.无锡中策减震科技公司,江苏无锡214026) 摘 要:根据粘弹性阻尼结构的性能及减震原理,分别利用时程分析法、随机振动理论和现代控制理论对粘弹性阻尼结构进行优化设计,并给出一实例分析,得出有关结论. 关键词:粘弹性阻尼结构;优化设计;减震 中图分类号:P 3151966 文献标识码:A 文章编号:100627930(2000)0420321204The opti m u m design of the v iscoelastic structure X U Z hao 2d ong 1,L IU J un 2sheng 2,ZH A O H ong 2tie 1,ZH UA N G Guo 2hua 3(1.X i’an U n iv .of A rch .&T ech .X i’an 710055,Ch ina ;2.Shanx i A rch .Science R esearch In st . X i’an 710082,Ch ina ;3.W ux i Buffer T ech .Comp .W ux i 214026,Ch ina ) Abstract :In the ligh t of the p roperty and the damp ing ab so rp ti on p rinci p le of the viscoelastic structu re ,the op ti m um design of the viscoelastic structu re respon se is perfo rm ed by the ti m e h isto ry analysis m ethod ,the random vib rati on theo ry and the modern con tro l theo ry .T hen an examp le is given and som e conclu si on s are derived . Key words :the v iscoelastic structu re ;the op ti m um d esig n ;d am p ing absorp tion 收稿日期:1999210228 基金项目:陕西省自然科学基金项目(99C 02) 作者简介:徐赵东(19752),男,安徽潜山人,西安建筑科技大学博士生,从事建筑结构的抗震研究. 粘弹性阻尼器是一种被动减震控制装置,它具有经济实用、性能可靠、安装方便等特点,具有广阔的应用前景,目前关于粘弹性阻尼结构的分析研究已有不少,但关于粘弹性阻尼结构优化设计的研究却很少,因此有必要对粘弹性阻尼结构的优化设计进行系统研究. 本文基于粘弹性阻尼结构的性能及其减震原理,分别利用时程分析法、随机振动理论和现代控制理论对粘弹性阻尼结构进行优化设计,作者用M A TLAB 编制了相关程序,并通过一实例分析证实了这三种理论能很好地进行粘弹性阻尼结构的优化设计. 图1 常用的粘弹性阻尼器1 粘弹性阻尼结构的性能 粘弹性阻尼器由粘弹性材料和约束钢板组成.常用的粘弹性阻尼器 如图1所示,中间的粘弹性材料是一种高分子聚合物,既具有弹性又具 有粘性,同时具备弹簧和流体的性质.其性能常用储存刚度、损耗因子和 每圈耗能来表征.粘弹性阻尼器具有很强的耗能能力,且受到温度、频率 和应变幅值的影响,其耗能能力据所选择的粘弹性材料有一最佳使用温度;频率越高,耗能性能越好;应变幅值越大,耗能性能越不稳定[1].
[研究与设计] 阻尼复合结构阻尼性能的研究与优化① 杨 雪 王源升 朱金华 余红伟 (海军工程大学 武汉 430033) [关键词]复合结构;阻尼性能;优化;遗传算法 [摘 要]制备了多层粘弹阻尼复合结构,研究了结构布置形式变化及各层厚度变化对多层粘弹阻尼复合结构阻尼性能的影响,并利用遗传算法对阻尼复合结构阻尼性能进行优化设计。 [中图分类号]O327;O345 [文献标识码]A [文章编号]100129855(2005)0320017203 Research and opti m ization of com pounded dam p i ng structure’s dam p i ng performance Yang Xue W ang Yuan sheng Zhu J inhua Yu Hongw ei Keywords:com pounded structu re;dam p ing p erfo rm ance;op ti m is m;inheritance algo rithm Abstract:W ith the m odel of a m u lti2layer viscoelastic com pounded dam p ing structu re,the p ap er studied the structu re arrangem en t tran sfo rm ing and influence of each layer th ickness change on dam p ing p erfo r2 m ance of m u lti2layer com pounded viscoelastic dam p ing structu re.T he inheritance algo rithm is app lied to m ake op ti m izati on design on com pounded dam p ing structu re’s dam p ing p erfo rm ance. 1 前 言 现代水声探测技术的发展,促使世界各国对舰艇的减振降噪进行了大量的研究工作,采用了各种技术手段,其中粘弹阻尼减振降噪技术是最有效的手段之一[1,2]。粘弹阻尼减振降噪技术是利用聚合物在受交变应力(如振动)作用时,变形滞后于应力的变化,这种滞后将振动体的动能转化为热能而消耗掉,进而达到减振降噪的目的。对这项技术来说,阻尼材料是核心。又由于大多数粘弹性材料的弹性模量很低,它们不能直接成为工程中的结构材料,因此必须将它们粘附于需要作减振降噪处理的构件上,组成阻尼复合结构,才能发挥减振降噪的作用。对于选定的粘弹性阻尼材料来讲,材料本身的损耗因子是确定的,为了寻求最佳的阻尼效果,敷设厚度和敷设方式就尤其重要了。所以阻尼复合结构阻尼性能的研究和优化设计对于粘弹阻尼减振降噪技术来说是非常重要的。阻尼复合结构的实质就是:将现有的性能较单一的各种阻尼材料进行简单的物理组合,使其变成能满足各种不同性能要求的阻尼结构形式,因此它是一种既经济又实用且能获得各种阻尼性能要求的有效措施。实践证明[3],使用这种方法,能从有限种类的阻尼材料中,派生出各种不同阻尼性能的阻尼复合结构。现有的复合结构的基本类型有自由阻尼和约束阻尼两种。约束阻尼结构由于剪切损耗而具有更大的结构损耗,因而在噪声与振动控制工程中得到了越来越广泛的应用[4～7],但其缺点是材料比重较大、剪裁困难、工艺复杂且成本高而受到限制[8]。本文将制备一类新型阻尼复合结构——多层粘弹阻尼复合结构(它既不同于一般的自由阻尼结构,也不同于传统的约束阻尼结构),并详 ①[收稿日期]2004-3-5 [作者简介]杨 雪(1975-),女,汉族,湖北人,博士研究生,研究方向:阻尼材料及其复合结构的研究。 王源升(1960-),男,汉族,山东人,教授,研究方向:阻尼材料及其复合结构的研究。 朱金华(1961-),男,汉族,山东人,教授,研究方向:阻尼材料及其复合结构的研究。 余红伟(1967-),男,汉族,河南人,教授,研究方向:阻尼材料及其复合结构的研究。
阻尼减震器的特点及优点 什么是阻尼减震器 阻尼减震器对阻尼弹簧，橡胶减振垫组合使用，克服其缺点，具有复合隔振降噪，固有频率低，隔振效果好，对隔离固体传声，尤其是对隔离高频冲击的因体传声更为优越。是积极，消极隔振的理想产品。 阻尼减震器的特点 阻尼减震器载荷范围广，工作寿命长，使用安全可靠。上下座外表有防滑橡胶垫，对于扰力小，重点低的设备可直接将减振器放置于设备减振台座下，勿需固定：上座配有螺栓与设备固定。下座分别设有螺栓与地基螺栓孔，可以下固定。用户可根据不同的需要和场合进行选择。 阻尼减震器的优点 1、顶部和底部采用防滑耐磨橡胶和固定螺栓制成，提高了安全性能，安装方便。 2、铸钢外壳由合金钢弹簧制成，并且是注射成型的。耐候性好，使用寿命长，防震效果好。 3、它能有效隔离各种卧式和立式水泵、风机、空调机组、发电机组、柴油机组、管道等动力设备的振动，保护和延长其使用寿命。 阻尼减震器的功能 1、阻尼减震器有助于机械系统在瞬间受到冲击后迅速恢复到稳定状态。 2、阻尼震振器可以减少机械振动引起的声辐射和机械噪声。 3、能提高各种机床和仪器的加工精度、测量精度和工作精度。各种机器，尤其是精密机床，在动态环境中工作时，需要高抗冲击性和动态稳定性。通过各种阻尼处理，其动态性能可以提高。 4、阻尼减震器可以减小机械结构的协同振动幅度，从而避免因动应力极值而造成的结构损伤。 阻尼减震器的技术参数 阻尼减振器适用工作温度为-40℃--110℃，正常工作载荷范围内固有频率2HZ—5HZ，阻尼比00.045—0.065。（减振弹簧经150次疲劳试验无裂缝，无断裂，达到和超过了国家有关标准）。
第一章粘弹性阻尼减振的基本概念 振动控制和阻尼的概念 1.1.1振动与噪声的危害 振动是一种普遍的物理现象，我们这里讨论涉及到的震动问题主要是机械结构的振动及由此产生的物理现象。 大多数情况下，机械振动会造成严重危害，必须采用各种有效的方法加以控制，振动与噪声的危害主要包括： 1)振动造成机械结构的损坏，破坏工作条件。如建筑物在地震中受到随机 激励后，其强度承受不了共振响应造成损坏。 2)振动降低机器、仪器或工具的精度。如运载工具（火箭等）的命中精度 和控制装置如仪器、计算的抗振能力直接有关。 3)振动引起噪声，严重污染环境。如一些大型的振动设备工作过程中会产 生严重的噪声污染。 4)振动增加机械磨损，降低及其寿命。如在常高在低不平的路面上行驶， 汽车的寿命会严重减少。 1.1.2振动与噪声控制的主要方法 振动控制的工程含义有两层：振动利用和振动抑制。前者指利用系统的振动以实现某种工程目的；后者则指抑制系统的振动以保证系统正常工作，延长其使用寿命，本文主要讨论的是后面一个问题。 振动控制的方法很多，就机械产品设计和结构改进的角度上作分析和研究，振动和噪声控制主要是从消除振源或噪声源；隔离振源（及声源）与受影响机构间的传递和联系；以及减少结构本身响应这三个方面采取措施。 1)消除振动源或噪声源。 2)隔离振源（或声源）与受影响机构（或环境）之间的联系及能量传输。 3)结构的抗振及抗噪设计。 阻尼减振降噪技术的定义以及工程应用实例 1.2.1阻尼技术的定义 从减振降噪的角度上来看，阻尼是指损耗振动能量的能力、也就是将机械振动及声振的能量，转变成热能或其它可以损耗的能量，从而达到减振及降噪的目的。 阻尼减振、降噪技术就是充分运用阻尼耗能的一般规律，从材料、测量、
低温建筑技术2012年第1期（总第163期） 阻尼器在消能减震结构中应用概况评述 蒋梦，阿肯江·托呼提 （新疆大学建筑工程学院，乌鲁木齐830047） 【摘要】随着科学技术的发展，消能减震技术在大型结构抗震、抗风等领域中的应用越来越广泛。本文对 阻尼器在土木工程中的研究与应用概况进行了综述，包括阻尼器的耗能原理、种类和构造，介绍了该领域的主要 研究成果和未来的发展方向。 【关键词】消能减震；阻尼器；应用 【中图分类号】TU352.11【文献标识码】A【文章编号】1001－6864（2012）01－0048－02 BRIEF DEVELOPMENT INTRODUCTION OF DAMPERS IN SEISMIC ENERGY DISSIPATION OF STRUCTURES JIANG Meng，Akenjiang·Tuohuti （College Architecture Engineering，Xinjiang University，Urumqi830047，China） Abstract：The application of the energy dissipation in civil engineering，particularly in seismic and wind protection has become increasingly popular along with the development of science and technology. This paper summarizes the development and application of damper in civil engineering．The energy dissi-pation patterns，the kinds and the configuration patterns are illustrated in this paper．Introducing the main researching findings and developing trends． Key words：energy dissipation；damper；application 当今，消能减震已经成为结构地震控制的一个行之有效的重要手段，其改变了结构的动力特性，从而使结构在地震（或风）作用下的动力反应得到了有效地控制。 古往今来，智慧的人类利用减震的的概念和技术建造出了遍布世界各地的寺庙、宫殿，这些建筑经历了历史中无数次强烈地震的考验，依然完好的保留至今，这足以说明减震技术不仅行之有效，还值得我们去深入研究。它以“以柔克刚”改变“以硬制强”，以“消能减震”改变“增强结构”，不仅使结构能“大震不倒”，还能通过增大阻尼减小结构在大震时的位移与加速度反应提高抗震设计水平。 目前，在结构中的合理位置安装阻尼器已是现今使用最为广泛的消能减震技术之一。自阻尼器在北京饭店、中国革命历史博物馆等重要建筑的抗震加固改造工程中利用之后，我国消能减震技术的研究与应用便进入了快速发展时期。 1结构的消能减震装置 经过多年发展研究，消能减震器的种类也被逐渐丰富，现今通常分为位移相关型、速度相关型和其他类型。其中金属阻尼器和摩擦阻尼器属于位移相关型，要求位移达到预定的启动限才能发挥消能作用；而利用粘性、粘弹性材料制成的阻尼器属于速度相关型，其性能与速度有关。目前我国的消能减震阻尼器有以下几个类别。 1.1粘弹性阻尼器 粘弹性阻尼器由粘弹性材料和约束钢板组成。早在1969年，纽约的世界贸易中心大楼中就安装了近万个粘弹性阻尼器，用来减小由风荷载引起的结构振动。在受到交变应力作用产生变形时，部分能量被储存起来，另一部分能量则被转化为热能耗散［1］。 粘弹性阻尼器的耗能力强且很敏感，具有制作简单、安装方便、经久耐用等适合工程应用的优点。但粘弹性阻尼器耗能能力受环境温度影响明显［2］，当应变量较大时，由于粘弹性物质本身要产生热量导致其自身性能表现为非线性，这使得其耗能性能受到影响。 1.2粘滞阻尼器 粘滞阻尼器曾广泛应用于军事及航空领域，目前被应用在建筑振动控制中，活塞杆运动时，液体被迫从活塞上小孔内流过而产生阻尼，从而耗散能量，减小结构反应。 粘滞阻尼器能给结构提供很高的阻尼，在相当宽 84