阻尼器参数示意
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1.结构设计2.工作原理2.1磁流变液磁流变液是在1948 年被Rabinow,J.发明的一种由非磁性基液(如矿物油、硅油等)、微小磁性颗粒、表面活性剂(也称稳定剂)等组合而成的智能型流体材料。
在无磁场加入的条件下,磁流变液将表现为低粘度较强流动性的牛顿流体特性,加入磁场后,则会表现为高粘度低流动性的Bingham 流体特性。
非磁性基液是一种绝缘、耐腐蚀、化学性能稳定的有机液体。
基液所拥有的特征是:粘度较低,磁流变液在没有磁场加入的条件下表现为低粘度状态,这样能够较好的降低磁流变液的零场粘度;沸点高、凝固点较低,这样就可以确保磁流变液在温度变化波动较大的环境下工作依然可以保持较高的稳定性;较高的密度,能够保证磁流变液不会因沉降问题而无法正常使用;无毒无味、廉价,保障其安全性的同时做到能够广泛使用。
微小磁性颗粒是一种可离散、可极化的软磁性固体颗粒,其单位是微米数量级的。
其主要的特征有[5]:低矫顽力,对于已经磁化过的液体,加较小的磁场就能够使其恢复零磁场状态,即拥有较高的保磁能力;高磁导率,能够在弱磁场中获得较强的磁感应强度从而节约能量;磁滞回线狭窄、内聚力小;磁性颗粒的体积应相对大一些,用于存贮更多的能量。
表面活性剂是可以增加溶液或混合物等稳定性的化学物质。
在实际使用过程中,磁流变液比较容易出现沉降分层现象,所以需要在磁流变液中加入表面活性剂保证物理化学性能的平衡,减少分层、降低沉降。
2.2磁流变液的工作模式磁流变液在外加磁场影响下出现磁流变效应现象,改变流体的表观粘度、流动状态,从而改变剪切屈服应力等参数,使输出的阻尼力能够实时变化,达到所期望的目的。
现如今,磁路变液的一般工作模式有三类:流动式、剪切式及挤压式,如下图所示。
(a)流动式(b)剪切式(c)挤压式图1-3 磁流变液工作模式Fig. 1-3 MR fluid working mode流动式:如图1-3(a)所示,在两块固定静止的磁极板中间具有充足的磁流变液,对磁流变液施加一个压力使其流过两磁极板,其中,两极板之间外加了与磁流变液运动方向垂直的磁场。
GET!零基础了解各种阻尼器!一、什么是消能减震结构消能减震就是通过在建筑结构的某些部位如柱间、剪力墙、节点、联接缝、楼层空间、相邻建筑间、主附建筑间等设置阻尼器以增加结构阻尼,消耗地震下结构的振动能量,达到减小结构的振动反应,实现结构抗震和抗风的目的。
采用了消能减震技术的结构称为消能减震结构。
二、消能减震技术的适用范围消能减震技术在特定的条件下,才能发挥它最大的效用,达到经济安全的目的,消能减震技术主要用于以场合:•高烈度(>7度)地区•强风地区•超高层建筑•大型公共建筑-大跨空间结构•大型综合体-框架支撑(少墙)结构•震动舒适度要求:风作用和大面积楼盖三、阻尼器有哪些类型下图为史上最全阻尼器类型表:1、TMD调频质量阻尼器( tuned mass damper,TMD):由质块,弹簧与阻尼系统组成。
一般将其振动频率调整至主结构频率附近,改变结构共振特性,以达到减振作用。
调频质量阻尼器(TMD)属于结构被动调谐减振控制的装置中的一种。
被动调谐减振控制系统是由结构和附加在主结构上的子结构组成。
附加的子结构具有质量、刚度和阻尼,因而可以调节子结构的自振频率,使其尽量接近主结构的基本频率或激振频率,这样当主结构受激振而振动时,子结构就会产生一个与主结构振动方向相反的惯性力作用在主结构上,使主结构的反应衰减并受到控制。
子结构的质量可以是固体质量也可以是液体质量。
台北101大厦的那个大球就是TMD的一种2、TLD调频液体阻尼器(Tuned Liquid Damper,简称TLD)是一种被动耗能减振装置,近年来进行了大量的研究和应用。
调谐液体阻尼器利用固定水箱中的液体在晃动过程中产生的动侧力来提供减振作用。
其具有构造简单,安装容易,自动激活性能好,不需要启动装置等优点,可兼作供水水箱使用。
3、TLCD调谐液柱式阻尼系统(Tuned liquid column dampe,简称TLCD )利用辅助振动系统来消除主体结构的振动。
阻尼器参数示意范文1. 阻尼器系数(Damping Coefficient):阻尼器系数是用于描述阻尼器的阻尼能力的一个参数。
它表示阻尼器对系统振动或运动的抑制程度。
阻尼器系数越大,表示阻尼器的阻尼能力越强,系统振动或运动减缓得越快。
阻尼器系数的单位通常为牛顿秒/米(Ns/m)或牛顿秒/弧度(Ns/rad)。
2. 角速度(Angular Velocity):角速度是指系统的旋转速度。
阻尼器的角速度参数表示阻尼器减速旋转的能力。
角速度通常以弧度/秒(rad/s)表示。
3. 速度(Velocity):速度是指系统的线性移动速度。
阻尼器的速度参数表示阻尼器减速线性运动的能力。
速度通常以米/秒(m/s)表示。
4. 阻尼器衰减(Damping Decay):阻尼器衰减是指阻尼器对系统振动能量的吸收或减少程度。
阻尼器衰减越大,表示阻尼器对系统振动的抑制效果越明显。
5. 阻尼器刚度(Damping Stiffness):阻尼器刚度是指阻尼器对系统弹簧的影响力。
阻尼器刚度越大,表示阻尼器的刚度越高,对系统弹簧的压缩或拉伸能力越强。
6. 阻尼器质量(Damping Mass):阻尼器质量是指阻尼器本身的质量。
阻尼器质量越大,表示阻尼器的惯性越大,对系统振动的影响程度相对较小。
7. 阻尼器稳定性(Damping Stability):阻尼器稳定性是指阻尼器在长时间运行情况下的稳定性能。
阻尼器稳定性较高,表示阻尼器在长时间运行过程中能够保持稳定的性能表现。
阻尼器参数的选择取决于所需的控制或运动抑制效果和应用领域的具体要求。
不同应用领域对阻尼器参数的要求也不尽相同。
例如,在机械工程中,阻尼器参数的选择可能会涉及到阻尼器的材料选择、尺寸和结构设计等,以满足特定的工作环境和系统要求。
总之,阻尼器参数是用于描述阻尼器性能和控制效果的特定参数。
它们在控制系统、工程设计和运动控制等领域中起着重要的作用,对于提高系统稳定性和运动控制精度至关重要。
阻尼器参数⽰意这⾥我们设置的阻尼器为横桥向减震⽀座:1、⾸先求得结构的基频Hz f 24.01=和地震荷载下⽀撑位置横梁整体横向变形Dy=205mm;2、根据求得的结构基频和横向位移Dy,查表得阻尼器活塞相对阻尼器外壳的相对速度V=276mm/s3、假定阻尼指数,阻尼指数取值范围在0.2~1.0,阻尼指数越⼩,耗能效果越好,减震效果越好。
这⾥我们取阻尼指数2.0=s ,给定义资料中阻尼指数以α表⽰;4、如选择阻尼器型号为“KZ-2000SX500X”,代表活塞最⼤⾏程500mm,最⼤阻尼⼒2000kN,查得对应的阻尼常数C=650kN.s/mm5、有效刚度输⼊该阻尼器的线性弹性刚度。
综合以上数据在程序中的⼀般连接特性值数据如下图所⽰——将此阻尼器安装在附件模型的塔梁连接处,计算得到的阻尼器的横向变形-横向内⼒时程图形如下图——1、阻尼器形式2、参数表1-查得阻尼器活塞滑动相对速度3、参数表2-根据阻尼指数和阻尼器⾏程、阻尼⼒、活塞速度,得到阻尼常数。
1)阻尼⼒与阻尼器变形的往复曲线称为滞回环曲线。
阻尼指数越⼩,曲线越饱满,说明耗能效率越⾼。
2)阻尼输出⼒与活塞速度关系:()αv v sign C F d ??=或αv C F ?=,这两个式⼦都称为阻尼⽅程,C 为阻尼常数,单位是kN/(m/s )v 为活塞的运动速度,α为阻尼指数,midas 中的取值范围在0.2~1之间。
阻尼器的种类较多,有铅压阻尼器、钢阻尼器、摩擦阻尼器以及粘滞阻尼器等。
其中,较为成熟且适⽤于⼤跨度桥梁的主要是油阻尼器,也称粘滞阻尼器。
图4.3 液压阻尼器的⼯作机理粘滞阻尼器的基本构造由活塞、油缸及节流孔组成,如图4.2所⽰。
所谓节流孔是指具有⽐油缸截⾯⾯积⼩的流通通路。
这类装置是利⽤活塞前后压⼒差使油流通过节流孔时产⽣压⼒差从⽽产⽣阻尼⼒。
当阻尼⼒与相对变形的速度成⽐例时是线性的,不成⽐例时则是⾮线性的,其关系可表达为:F CV ξ=其中F 为阻尼⼒,C 是阻尼常数,ξ是阻尼指数(其值范围在0.1-2.0,从抗震⾓度看,常⽤值⼀般在0.2-1.0范围内)。
摩擦阻尼器阻尼系数
摩擦阻尼器是一种常见的机械装置,用于减缓物体的运动速度,提供阻尼力来平衡摩擦力。
它的阻尼系数是一个重要的参数,决定了阻尼器的性能和效果。
阻尼系数是衡量摩擦阻尼器阻尼能力的一个指标,通常用符号c表示。
它的数值越大,阻尼器提供的阻尼力就越大,物体的运动速度减缓得越快。
相反,数值较小的阻尼系数意味着阻尼器的阻尼力较小,物体的运动速度减缓得较慢。
摩擦阻尼器的阻尼系数可以通过不同的设计和材料选择来调整和改变。
例如,增加阻尼器内部的摩擦片的数量或增加摩擦片的厚度可以增加阻尼系数。
另外,改变阻尼器材料的硬度或表面粗糙度也可以对阻尼系数进行调整。
阻尼系数的选择和调整需要考虑到具体应用场景和需求。
在某些需要迅速减速的情况下,较大的阻尼系数可能更合适,以便快速平衡物体的运动。
而在某些需要平稳减速的场合,较小的阻尼系数可能更适用,以避免物体的突然停止或震动。
摩擦阻尼器的阻尼系数在工程设计中扮演着重要角色。
它不仅影响着机械设备的性能和运行效果,还直接关系到设备的安全性和可靠性。
因此,在设计和选择摩擦阻尼器时,必须充分考虑阻尼系数的合理性和适用性。
摩擦阻尼器的阻尼系数是一个重要的参数,用于衡量阻尼器的阻尼能力。
通过合理选择和调整阻尼系数,可以实现对物体运动速度的控制和调节,从而提高机械设备的性能和安全性。
液压阻尼器液压阻尼器结构示意图1.头部关节轴承2.活塞杆3.液压缸4.贮油缸5.阻尼控制阀6.行程指示刻度7.尾部关节轴承适用范围1 液压阻尼器是一种对速度反应灵敏的振动控制装置;2 液压阻尼器主要适用于核电厂、火电厂、化工厂、钢铁厂等的管道及设备的抗振动。
常用于控制冲击性的流体振动(如主汽门快速关闭、安全阀排放、水锤、破管等冲击激扰)和地震激扰的管系振动;3 液阻尼器对低幅高频或高幅低频的振动不能有效地控制,该场合宜采用弹簧减振器。
技术参数性能特点1 主要零部件采用奥氏不锈钢材料,防腐性能好;2 结构紧凑,且呈对称结构,安装空间小,受力更加合理;3 阻尼力大,且动态响应时间短;4 摩控阻力小,一般低于额定载荷的1%-2%;5 头部,尾部铰接采用关节轴承,允许多最摆动角为±6°;6 采用特殊的液压油和密封介质,性能稳定,密封寿命长;7 可在93℃温度下连续工作,短时工作稳度可达148℃。
弹簧减振器弹簧减振器结构示意图1.关节轴承; 7.壳体; 13.长短连接管;2.上销头; 8.下压板; 14.锁紧左螺母;3.调整螺母; 9.下盖板; 15.下销头;4.上盖板; 10.外挑管; 16.关节轴承;5.上压板; 11.锁紧右螺母; 17.上刻度板;6.弹簧;12.拉压杆;18.下刻度板;适用范围1 弹簧减振器是一种对位移反应灵敏的振动控制装置;2 弹簧减振器主要适用于核电厂、火电厂、化工厂、钢铁厂等的管道及设备的抗振动。
常用于控制挂续性的流体振动激扰(如流体脉动、两相流、高速流和风振等)的管系振动。
3弹簧减振器能有效地控制各种频率的振动和摆动,但在一定的程度上限制了管道的正常热位移。
设计时应充分考虑弹簧减振器对管道产生的附加力。
型号表示方法1 弹簧减振器型号标记由下列三部分组成:2 型号标记示例:TJZg - 103 - 15 (L=1000)表示:铰接轴直径为15mm,弹簧编号为103号。
流体阻尼器流体阻尼器被用于军事设备冲击隔离和民用建筑地震引发的震动的抑制和风致振动,在许多其他应用程序。
功,机械能,从而为热流体阻尼器(Ref。
1)。
这个例子展示了粘性发热的现象和由此产生的流体阻尼器的温度增加。
在微流器件粘滞加热也是很重要的,一个小横截面积和大型设备的长度可以产生明显的加热和影响流体流动因此(Ref。
2)。
流体阻尼器的结构元素相对较少。
图1描述了流体阻尼器的原理建模与它的主要组件:减震筒住房、活塞杆、活塞头,粘性流体室。
有一个小活塞之间的环形空间头和缸内侧壁的住房。
这作为一个有效的流体通道。
随着活塞头来回移动减震筒内流体被迫通过大型剪切率的环形通道,导致大量热的一代。
热转移在轴向和径向方向。
在径向方向,热量是通过气缸的房子墙壁和迁移外面的空气阻尼器,即建模使用牛顿对流冷却定律。
图1:典型的流体阻尼器的素描与它的主要组件你利用流体阻尼器的轴向对称性质和模型在2 d轴对称几何如图2所示。
阻尼器的几何尺寸和其他参数根据Ref。
1代表小,15 kip阻尼器实验研究。
因此,活塞头的直径为8.37厘米,活塞杆直径2.83厘米,厚度的差距大约是活塞头直径的1/100。
阻尼器的最大中风半0.1524米。
阻尼器是用钢制成的固体部分,流体阻尼硅油。
图2:几何和网格。
域(从左到右)代表:活塞杆,活塞头和阻尼液空间,阻尼器外壁。
[流] 流体流动流体阻尼器的流体描述弱可压缩n - s方程出发,求解速度场的u =(u,w)和压力p:密度假定独立于温度,而温度依赖流体粘度的考虑:使用硅油的参考材料性质。
无衬壁边界条件申请减振筒的两端和减震筒的内壁。
移动/滑动墙与给定的速度是应用于边界上的活塞头和活塞杆。
耦合传热/共轭传热共轭传热是解决流体域和减震筒屋墙:由对流和传导传热流体域,只在固体传热导电领域,和流体和固体之间的温度场是连续域。
在粘性流体域,加热时激活和压力的工作可以包括轻微的压缩阻尼液需要考虑:在右边的第二个任期和上学期代表热源来自工作压力和粘性耗散,分别。
这里我们设置的阻尼器为横桥向减震支座:
1、 首先求得结构的基频Hz f 24.01=和地震荷载下支撑位置横梁整体横向变形Dy=205mm;
2、 根据求得的结构基频和横向位移Dy,查表得阻尼器活塞相对阻尼器外壳的相对速度
V=276mm/s
3、 假定阻尼指数,阻尼指数取值范围在0.2~1.0,阻尼指数越小,耗能效果越好,减震效果越好。
这里我们取阻尼指数2.0=s ,给定义资料中阻尼指数以α表示;
4、 如选择阻尼器型号为“KZ-2000SX500X”,代表活塞最大行程500mm,最大阻尼力2000kN,
查得对应的阻尼常数C=650kN.s/mm
5、 有效刚度输入该阻尼器的线性弹性刚度。
综合以上数据在程序中的一般连接特性值数据如下图所示——
将此阻尼器安装在附件模型的塔梁连接处,计算得到的阻尼器的横向变形-横向内力时程图形如下图——
1、 阻尼器形式
2、 参数表1-查得阻尼器活塞滑动相对速度
3、 参数表2-根据阻尼指数和阻尼器行程、阻尼力、活塞速度,得到阻尼常数。
1) 阻尼力与阻尼器变形的往复曲线称为滞回环曲线。
阻尼指数越小,曲线越饱满,说明耗
能效率越高。
2) 阻尼输出力与活塞速度关系:()α
v v sign C F d ⋅⋅=或α
v C F ⋅=,这两个式子都称为
阻尼方程,C 为阻尼常数,单位是kN/(m/s )
v 为活塞的运动速度,α为阻尼指数,midas 中的取值范围在0.2~1之间。
阻尼器的种类较多,有铅压阻尼器、钢阻尼器、摩擦阻尼器以及粘滞阻尼器等。
其中,较为成熟且适用于大跨度桥梁的主要是油阻尼器,也称粘滞阻尼器。
图4.3 液压阻尼器的工作机理
粘滞阻尼器的基本构造由活塞、油缸及节流孔组成,如图4.2所示。
所谓节流孔是指具有比油缸截面面积小的流通通路。
这类装置是利用活塞前后压力差使油流通过节流孔时产生压力差从而产生阻尼力。
当阻尼力与相对变形的速度成比例时是线性的,不成比例时则是非线性的,其关系可表达为:
F CV ξ=
其中F 为阻尼力,C 是阻尼常数,ξ是阻尼指数(其值范围在0.1-2.0,从抗震角度看,常用值一般在0.2-1.0范围内)。
当液压阻尼器的阻尼力与相对速度成比例时,称为线性阻尼器,其恢复力特性如图4.3中 1.0ξ=的曲线所示,形状近似椭圆。
当阻尼力与相对速度不成比例时,称为非线性阻尼器,其恢复力特性如图4.3中0.4ξ=的曲线所示,形状趋近于矩形。
图4.4 粘滞阻尼器滞回环
粘滞阻尼器产生的阻尼力主要与速度有关,在应用这类阻尼器时应给予注意。
此外,油压的调整。
漏油、灰尘的侵入等也需采用相应的措施,并进行必要的维护。
由于阻尼器具有方向性,其安装设置需进行考虑,而且要求制作加工精密,体积较大时制作较为困难。
阻尼器同其他减振隔震装置相比,其特点是:
粘滞阻尼器装置当阻尼器参数ξ=1时,因其反力与速度成比例,因此在他塔墩达到最大变形时,粘滞阻尼器的阻尼力反而最小,接近于零;在塔墩变形速度最大时,粘
粘滞阻尼力/k N
位移/m
滞阻尼器的阻尼力达到最大,而此时桥墩变形最小,其内力也最小,因此,粘滞阻尼器并不显著增加桥墩的受力。
在温度产生的变形作用下,弹塑性阻尼装置、摩擦阻尼装置要求必须在克服弹塑性阻尼装置的屈服力或摩擦力后才允许自由变形;而粘滞阻尼器在蠕变变形下,产生的抗力接近于零,这使得该装置的引入不会影响到桥梁结构的正常使用功能。
从阻尼器的计算公式可知,粘滞阻尼器参数选取的不同,阻尼器对结构响应也不相同。
因此,需对结构阻尼器的情况进行结构响应分析,即对阻尼器参数C 、ξ进行敏感性分析,研究参数变化对结构响应的变化规律,为阻尼器的参数设计提供依据。
1.1.1. 参数敏感性分析工况设置
根据甬江桥的结构特点,在塔梁连接处设纵向粘滞阻尼器,阻尼器的布置方式拟采用每幅桥塔梁连接处各设两个阻尼器(全桥共设8个阻尼器)。
为确定合理的阻尼器参数,本报告选取100年超越概率为3%的一条地震时程(时程曲线如图4.4所示),采用非线性时程分析方法进行分析。
其余各墩支座考虑滑动摩擦的影响,摩擦系数取0.02,阻尼器参数设置主要包括两方面的内容:一部分是阻尼器的阻尼指数ξ不变,改变阻尼常数C ;第二部分是保持阻尼常数C 不变,改变阻尼指数ξ;以考察他们的变化对结构关键部位响应的影响规律。
具体如表4.33所示:
5
10
15
20
25
30
35
40
-1.5
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
1.5
表4.33 阻尼器参数敏感性分析工况设置
C 1000 1500
2000
2500
3000
4000
5000 —
— 0.1 0.1 0.1 — — 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 ξ
—
— 0.3 0.3 0.3 —
—
1.1.
2. 参数分析结果
根据场地安评报告提供的加速度时程曲线进行非线性时程分析,以对各种阻尼器工
图4.5 选取的地震动加速度时程曲线
况进行结构地震响应分析比较。
经分析比较,综合考虑结构各个关键部位响应量的情况,通过比较这些响应量来确定阻尼器的参数。
图4.6~4.9为不同阻尼指数下的阻尼常数与结构关键部位响应之间的关系,图4.10~4.13为不同阻尼常数下的阻尼指数与结构关键部位响应之间的关系,以考察阻尼常数、阻尼指数的变化对结构关键部位响应的影响规律。
弯矩(K N *M )
图4.6 塔柱1#截面弯矩与阻尼常数
图4.7 塔柱2#截面弯矩与阻尼常数
200000
400000
600000
800000
1000000
弯矩(K N *M )
弯矩(K N *M )
阻尼C值
图4.8塔底最不利单桩弯矩与阻尼常数 图4.9 梁端位移与阻尼常数
图4.10 塔柱1#截面弯矩与阻尼常数
位移(M )
弯矩(K N *M )
0200000
400000600000800000
1000000
弯矩(K N *M )
位移(M )
图4.11 塔柱2#截面弯矩与阻尼常数
图4.12 塔底最不利单桩弯矩与阻尼常数
弯矩(K N *M )
图4.13 梁端位移与阻尼常数
1.1.3. 结论
从上述图示分析结果可以看出,阻尼器对减小梁端位移作用明显,对改善伸缩缝、塔根、桩基等的受力十分有利。
当阻尼指数0.2ξ=、阻尼常数2000c =时,与未加阻尼器情况梁端位移相比减少约45%;塔根截面纵向地震弯矩也减少约40%。
从抗震的角度来看,建议阻尼器参数0.2ξ=、2000c =,此时梁端位移为±0.38m ,阻尼器在地震作用下最大需求行程为0.36m ,阻尼器最大受力约为1800kN 。
实际选用阻尼器时,其最大行程,最大受力还应考虑温度等因素的作用,同时还需要考虑1.2安全系数。
阻尼器行程需求=1.2×地震行程需求+温度等其他变形需求。