粘弹性阻尼结构的优化设计

偏心框架结构粘滞阻尼器布置优化研究陈瑶;陈海森;龙锦添【摘要】以某偏心框架结构为研究对象,采用均匀分布、权系数分布、逐层逼近分布三种不同粘滞阻尼器的布置方式建立有限元模型,从层间位移角、楼层剪力和结构综合评价指标等角度,研究了不同布置方式对结构减震效果的影响.结果表明:逐层逼近分布减震控制效果最优,权分布布置又优于均匀分布布置;在操作简易程度和消耗时间上,权分布和均匀分布均优于逐层逼近布置,对于实际工程来说,权分布最为实用.【期刊名称】《低温建筑技术》【年(卷),期】2018(040)007【总页数】5页(P40-44)【关键词】偏心结构;粘滞阻尼器;优化布置【作者】陈瑶;陈海森;龙锦添【作者单位】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;广州大学土木工程学院,广州510006【正文语种】中文【中图分类】TU758.110 引言目前建筑结构使用功能多样性要求，越来越多的结构呈现结构怪异、形状奇特等偏心特点。

然而对于偏心结构，程光煜等[1]学者研究发现在强烈的地震作用下，极易发生较大的扭转破坏，出现应力集中或薄弱层，严重时会发生倒塌。

叶正强、王凌飞、王乐意等[2-4]学者研究表明通过在结构上设置消能构件，使结构在出现变形时大量的消耗地震能量，减小地震对结构的危害。

粘滞阻尼器[5]由于其价格低廉、构造简单、易维护等特点被广泛的应用。

多年来如何有效的布置粘滞阻尼器的位置一直是许多研究人员的焦点，孙玉萍等[6]研究了钢框架中粘弹性阻尼器的空间布置优化分析；乌兰等[7]学者详细的描述了基于遗传算法的结构粘滞阻尼器优化布置；吴学淑等[8]研究了平面不对称高层建筑中粘弹性阻尼器的位置优化设计。

对于偏心结构，由于结构布局及功能要求，不能简单的将阻尼器平均分布在各个楼层，从经济的角度来讲，应对阻尼器进行优化设计。

本文以某中学教学楼结构为研究对象，通过结构分析软件Etabs建立有限元模型，并对结构做了几种不同阻尼器布置方案，在多遇地震作用下分析了粘滞阻尼器不同布置方案对结构减震效果的影响，最后找到即有效、且易于实施的粘滞阻尼器布置方法。

粘弹性阻尼材料粘弹性阻尼材料是一种具有粘弹性的特性，能够在受到外力作用时产生阻尼效果的材料。

它具有很好的吸能和减震性能，被广泛应用于建筑结构、桥梁、机械设备等领域。

本文将从材料特性、应用领域和发展趋势三个方面对粘弹性阻尼材料进行介绍。

一、材料特性。

粘弹性阻尼材料通常由基体材料和粘弹性材料组成。

基体材料通常选用金属、聚合物、陶瓷等材料，而粘弹性材料则是一种特殊的聚合物材料，具有很好的粘弹性能。

这种材料在受到外力作用时，能够产生一定的变形，并且在外力消失后能够恢复到初始状态，具有很好的回弹性。

同时，粘弹性阻尼材料还具有很好的耐磨损性能和化学稳定性，能够在恶劣环境下长期使用。

二、应用领域。

粘弹性阻尼材料在建筑结构、桥梁和机械设备中有着广泛的应用。

在建筑结构中，粘弹性阻尼材料能够有效减小结构受到地震、风载等外力作用时的振动幅度，提高结构的抗震性能和安全性。

在桥梁中，粘弹性阻尼材料能够减小桥梁受到车辆行驶时的振动，提高桥梁的使用寿命和安全性。

在机械设备中，粘弹性阻尼材料能够减小机械设备在运行时的振动和噪音，提高设备的稳定性和使用舒适性。

三、发展趋势。

随着科学技术的不断进步，粘弹性阻尼材料在材料性能和制备工艺上都得到了很大的提升。

未来，粘弹性阻尼材料将会在更广泛的领域得到应用，如航空航天、汽车制造等领域。

同时，粘弹性阻尼材料的绿色环保性能也将会得到更多的重视，未来将会出现更多环保型的粘弹性阻尼材料。

此外，粘弹性阻尼材料的智能化发展也将成为未来的发展趋势，能够根据外力的大小和方向自动调节阻尼效果，提高材料的适用性和性能。

综上所述，粘弹性阻尼材料具有很好的吸能和减震性能，能够在建筑结构、桥梁、机械设备等领域发挥重要作用。

随着科学技术的不断进步，粘弹性阻尼材料的性能和应用领域将会得到进一步拓展，为人类社会的发展做出更大的贡献。

具位移二次放大机制的粘滞阻尼器减震结构分析与设计地震是一种非常严重的自然灾害,对建筑结构造成巨大破坏。

在建筑结构中安装阻尼器可以有效地降低这种破坏作用。

但是输入阻尼器中的位移会受到各种因素的影响从而使得阻尼器不能有效发挥作用。

放大输入阻尼器中的位移可以很好地解决结构层间位移过小而影响阻尼器性能发挥的问题。

目前国内外的研究学者对位移放大机制的放大原理与构造进行了分析,但是能够放大的位移有限。

鉴于此本文提出一种新型的位移二次放大机制,进行了以下几个方面的工作:(1)对本课题的研究背景及研究意义进行了介绍,并总结了国内外粘滞阻尼器的研究现状以及工程应用。

(2)本文介绍了粘滞阻尼器的类型与性能。

概括总结了目前国内外研究学者研发的位移放大机制的放大原理与构造分析。

(3)本文基于现有的新型向下肘节支撑位移放大机制和剪刀型支撑位移放大机制,提出了一种新型的位移二次放大机制。

通过PKPM设计软件设计钢筋混凝土框架结构,利用OpenSEES软件建立该钢筋混凝土框架结构的模型进行数值模拟分析。

通过数值模拟对安装设置有位移二次放大机制粘滞阻尼器的耗能减震结构的顶层最大位移、层间位移角和楼层最大加速度地震响应进行分析。

(4)本文分析研究了安装设置有位移二次放大机制粘滞阻尼器的高层建筑结构的地震响应。

本文对比研究分析这几种安装有不同位移放大机制的粘滞阻尼器的滞回曲线。

以粘滞阻尼器参数作为控制变量,研究分析粘滞阻尼器的参数对建筑结构的耗能减震效果的影响,并对粘滞阻尼器在结构中的位置对建筑结构的耗能减震效果的影响进行了对比分析。

综上所述,本文通过理论研究与数值模拟分析对位移二次放大机制的放大系数进行了推导,并通过数值模拟对安装设置有位移二次放大机制粘滞阻尼器的耗能减震结构的地震响应进行分析。

这些结果可为在耗能减震结构中设置耗能减震装置提供参考与依据,具有重要的现实意义与应用价值。

第4期2022年4月142机械设计与制造Machinery Design & Manufacture Helmholtz PDE 敏度过滤技术的阻尼层拓扑优化设计郑伟光"，陈姗姗1,许恩永2,冯高山2(1.桂林电子科技大学机电工程学院，广西桂林541004；2.东风柳州汽车有限公司，广西柳州545005)摘 要:针对阻尼结构的拓扑优化问题，引入HelmholtzPDE 灵敏度网格独立密度滤波技术,抑制优化中的棋盘格和灰度单元,得到边界清晰、光滑的结构，便于工程加工应用。

首先建立以模态损耗因子最大化为目标函数，材料用量为约束条 件的拓扑优化模型。

基于材料密度插值模型，推导了模态损耗因子的敏度,并采用Helmholtz PDE 敏度过滤技术，最后通过移动渐进线算法求解，获得了材料的最优拓扑构型。

通过对粘弾性阻尼结构的仿真及对比分析，验证了这里所提出方 法的有效性。

关键词：阻尼结构;模态损耗因子;Helmholtz PDE 滤波器;拓扑优化中图分类号:TH16;TH122 文献标识码:A 文章编号:1001-3997(2022)04-0142-04Topology Optimization Design of Damping Layer for HelmholtzPDE Sensitivity Filtering TechnologyZHENG Wei-guang 12, CHEN Shan-shan 1, XU En-yong 2, FENG Gao-shan 2(1. School of Mechanical and Electrical Engineering Guilin University of Electronic Technology , Guangxi Guilin 541004, China ; 2. Dong Feng Liuzhou Automobile Co., Ltd., Guangxi Liuzhou 545005, China)Abstract ： For the topological optimization of damped structures , Helmholtz PDE sensitivity grid independent density f ilteringtechnology is introduced to suppress the gray level units and chessboard f ormats in the optimization process and obtain clear and smooth boundaries 9 which is corwenientfor engineering processing and application. Firstly, a topology optimization model is es ­tablished, which takes the maximization of m odal loss f actor as the objecti/ue function and the material consumption as the con ­straint condition. Based on the Solid Isotropic Material with Penalization (SIMP) , the sensitivity of the modal loss factor is de ­duced, and the Helmholtz PDE sensitivityfiltering technology is used. Finally, the optimal topological configuration of t he mate ­rial is obtained by the Method of Moving Asymptotes. The effectiveness of the proposed method is verified by the simulation and comparative analysis of t he damped structure.Key Words :Damping Structure ； Modal Loss Factor ； Helmholtz PDE Filter ； Topology Optimization1引言阻尼表面处理是目前对抑振减噪控制的有效方法，在金属板 上敷设粘弹性阻尼层后,阻尼层伴随金属板进行弯曲振动,此时粘 弹性材料内部发生拉伸变形和剪切变形，将部分动能转化为热能形式耗散，达到减小振动、降低声辐射的目的。

动力系统中的阻尼器优化设计在动力系统中，阻尼器是一种重要的装置，用于减少机械振动和冲击。

它起到了稳定系统运行的作用，同时也能延长机械设备的寿命。

本文将探讨动力系统中阻尼器的优化设计。

1. 阻尼器的作用和类型阻尼器是一种能够消耗能量的装置，通过阻尼力来减少机械振动的幅度。

它可以分为液体阻尼器和摩擦阻尼器两种类型。

液体阻尼器是利用液体的黏性来产生阻尼力的装置。

它通常由一个密闭的容器和液体组成。

当机械振动时，液体的黏性会产生阻尼力，从而减少振动的幅度。

液体阻尼器具有结构简单、阻尼力可调节等优点，广泛应用于航空航天、汽车等领域。

摩擦阻尼器则是利用摩擦力来减少机械振动的装置。

它通常由两个摩擦面和一个压力装置组成。

当机械振动时，摩擦面之间产生摩擦力，从而减少振动的幅度。

摩擦阻尼器具有结构简单、可靠性高等优点，广泛应用于建筑、桥梁等领域。

2. 阻尼器的优化设计方法为了提高阻尼器的效果，需要进行优化设计。

以下是几种常见的优化设计方法。

首先是材料的选择。

阻尼器的材料应具有良好的耐磨性和耐腐蚀性，以确保其长期稳定运行。

同时，材料的刚度和强度也需要满足系统的要求，以保证阻尼器的正常工作。

其次是结构的优化。

阻尼器的结构应尽量简单，以减少制造成本和维护难度。

同时，结构的刚度和稳定性也需要考虑，以确保阻尼器在运行过程中不会发生变形或失效。

另外，阻尼器的参数也需要进行优化。

例如，液体阻尼器的黏性和容积、摩擦阻尼器的压力和摩擦系数等。

这些参数的选择应根据具体的系统要求和工作条件来确定，以达到最佳的阻尼效果。

最后，阻尼器的安装位置和数量也需要考虑。

通常情况下，阻尼器应安装在机械系统的振动节点处，以最大限度地减少振动的传递。

此外，根据系统的振动特性，可以选择合适的阻尼器数量，以达到最佳的阻尼效果。

3. 阻尼器优化设计的应用案例阻尼器优化设计在实际应用中具有重要意义。

以下是一个应用案例。

在高速列车的悬挂系统中，阻尼器的优化设计对于提高列车的运行稳定性和乘坐舒适性非常重要。

阻尼均匀效果设计
阻尼均匀效果设计是一种用于降低振动幅度和能量传递的技术。

阻尼均匀效果设计的目标是通过在结构中引入适当的阻尼材料，以减少结构的振动，提高结构的稳定性和耐震性能。

阻尼均匀效果设计可以应用于各种结构，包括桥梁、建筑物、机械设备等。

设计阻尼均匀效果时，需要考虑结构的固有频率、振动模式和振动幅度等因素。

常见的阻尼均匀效果设计方法包括：
1. 阻尼器设计：通过在结构中添加阻尼器，如液体阻尼器、摆式阻尼器、摩擦阻尼器等，来提供额外的阻尼效果。

这些阻尼器可以通过调整其参数（如刚性、阻尼系数等）来实现对结构振动的控制。

2. 阻尼材料设计：通过在结构中添加阻尼材料，如粘弹性材料、聚合物材料等，来提供内部阻尼效果。

这些材料具有较高的阻尼特性，可以吸收结构振动的能量，并转化为热能。

3. 基础隔振设计：通过在结构的基础上设置隔振设备，如弹簧隔振器、薄板隔振器等，来减少结构与地面的接触，降低振动传递。

这些隔振设备可以调整其刚度和阻尼特性，从而实现对结构振动的控制。

在进行阻尼均匀效果设计时，需要通过数值模拟、实验测试等方法对结构的振动响应进行评估和优化。

同时，还需要对阻尼材料和隔振设备进行材料性能测试和参数调整，以实现最佳的
阻尼均匀效果。

最后，还需要进行结构的施工和监测，以确保阻尼均匀效果的有效性和长期稳定性。

约束阻尼结构的振动分析及结构参数优化研究舒歌群;赵文龙;梁兴雨;陈宇;孙秀秀【摘要】为了准确获取约束阻尼复合结构(CLD)的振动特性,依据模态应变能(MSE)理论,针对黏弹性材料的温变和频变特性,基于大型通用有限元软件ANSYS及MATLAB进行了联合仿真,研究了CLD矩形薄板的振动特性.通过分析环境温度和阻尼层厚度等设计参数对结构固有频率和模态损耗因子的影响,建立了CLD设计参数的多目标优化模型,利用遗传优化算法对CLD结构参数进行了优化.分析结果表明:随着温度的升高,CLD结构的固有频率下降并趋于稳定;存在最佳温度点,使得CLD 结构的模态损耗因子最大;在固有频率改变较小的情况下,通过结构参数的优化能够保证CLD结构具有低成本、高模态损耗因子等特性;联合仿真方法适用于阻尼复合结构振动特性研究,在阻尼减振技术中具有一定的理论和实用意义.【期刊名称】《西安交通大学学报》【年(卷),期】2014(048)003【总页数】7页(P108-114)【关键词】约束阻尼复合结构;黏弹性材料;固有频率;损耗因子;遗传算法【作者】舒歌群;赵文龙;梁兴雨;陈宇;孙秀秀【作者单位】天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室,300072,天津;天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室,300072,天津;天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室,300072,天津;天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室,300072,天津;天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室,300072,天津【正文语种】中文【中图分类】O32;TH113.1薄壁件作为发动机的重要组成结构,如油底壳、气门室罩盖等,受到激励后很容易产生振动,进而成为重要的噪声辐射源[1]。

黏弹性材料具有良好的阻尼特性,通过合理的阻尼结构设计及优化,能够在较宽的频带内抑制薄壁结构的振动和噪声,因此被广泛应用于阻尼减振技术[2-6]。

自由阻尼结构(FLD)是将一定厚度的黏弹性材料涂敷于结构件表面,通过阻尼层的拉压变形来耗损振动能量,其工艺简单、成本低、优化设计方便,但对低频结构的减振降噪效果较差。

第30卷第8期重庆大学学报(自然科学版)Vo.l 30　No .8　2007年8月Jour nal of Chongqi n g Unive rsity (N ɑt u r ɑl Sc i e nce Edition )A ug .2007　 文章编号:1000-582X (2007)08-0114-05粘滞阻尼器加固的某RC 框架结构抗震性能分析及优化设计杨　溥1,姬淑艳1,肖　志2,李英民1(1.重庆大学土木工程学院,重庆400030;2.中机国际工程设计研究院,湖南长沙410007)摘　要:针对不满足抗震鉴定标准要求的某钢筋混凝土框架结构,采用粘滞阻尼器对其进行加固,首先选取阻尼器数量相同但布置不同的4种加固方案,对比分析加固前后结构抗震性能的变化,得出最优的粘滞阻尼器空间布置方案。

在此基础上,对粘滞阻尼器的数量和技术参数进行调整,通过对比结构的抗震变形,以满足规范变形要求和造价最低为目标,确定了经济合理的加固方案,得到了关于粘滞阻尼器的布置原则和建议,得到的结论对同类工程的设计和加固具有参考意义。

关键词:粘滞阻尼器;消能;抗震性能;优化设计 中图分类号:TU352.1文献标志码:A 中国现行的《建筑抗震加固技术规程》(J G J116-98)[1]是目前对“在役”建筑结构进行加固的主要依据,规程提供了较常用的加固方法,如增大截面法、钢构套加固法以及粘贴钢板法等,而对于消能减震加固这一新兴的、在高烈度区抗震加固行之有效的技术方法没有纳入,这也是抗震鉴定加固规程新一轮修订所需研究的课题之一。

笔者对一栋待加固的钢筋混凝土框架结构,采用增设粘滞阻尼器进行抗震加固,对比分析结构加固前后的抗震性能,得出最优的空间布置方案,在此基础上,对阻尼器的数量和技术参数进行优化设计,确定较经济的加固方案。

1　计算模型及加固方案1.1　工程概况某中学教学楼为外挑走廊钢筋混凝土框架结构,总层数6层,层高均为3.6m ,结构平面布置见图1。

阻尼转轴结构原理阻尼转轴是一种常见的机械装置，它通过阻尼材料的作用来实现转动部件的减震和阻尼效果。

阻尼转轴结构原理主要包括阻尼材料的选择、结构设计和工作原理。

本文将从这三个方面详细介绍阻尼转轴的原理。

一、阻尼材料的选择阻尼转轴的阻尼效果主要依靠材料的粘弹性来实现。

一般情况下，阻尼材料应具有一定的黏性和弹性，以实现对转动部件的阻尼衰减。

常见的阻尼材料有硅胶、橡胶和液态阻尼材料等。

这些材料具有良好的粘弹性能，能够吸收和分散转动部件的能量，从而减小震动和噪音。

二、结构设计阻尼转轴的结构设计应考虑到其使用环境和转动部件的特点。

一般而言，阻尼转轴由内轴、外轴和阻尼材料组成。

内轴和外轴通过阻尼材料连接在一起，形成一个整体结构。

内轴用于连接转动部件，外轴则通过轴承等零部件安装在机械设备上。

阻尼材料的选择和安装位置直接影响到阻尼转轴的阻尼效果。

三、工作原理阻尼转轴的工作原理是基于阻尼材料的粘弹性。

当转动部件发生震动或振动时，阻尼材料能够吸收部分能量，并通过内外轴的连接传递到外部结构上。

阻尼材料的弹性和黏性能够将能量转化为热能，从而减小震动幅度。

同时，阻尼材料的粘性也能够阻碍转动部件的快速运动，起到减震和阻尼的效果。

阻尼转轴结构原理的应用十分广泛，特别是在需要减小震动和噪音的机械设备中。

例如，汽车发动机的运转会产生较大的震动和噪音，通过安装阻尼转轴可以有效地减小这些不良影响。

此外，阻尼转轴还常用于航空航天、电子设备和工业机械等领域。

总结起来，阻尼转轴结构原理是基于阻尼材料的粘弹性能，通过合理的结构设计和工作原理，实现对转动部件的减震和阻尼效果。

阻尼转轴的选择、结构设计和工作原理是相互关联的，只有合理地结合这三个方面才能实现良好的阻尼效果。

随着科技的进步和材料技术的发展，阻尼转轴在工程领域的应用将会越来越广泛。