新闻详情

消能减震神器之“黏滞阻尼器”的力学原理与应用

黏滞阻尼器计算理论简介

在黏滞阻尼器中,流体可以用流体动力学Navier-Stokes方程来解释,该方程是封闭油洞内的高速流动。对于理想的直线阻尼孔,可以考虑以下两种特殊情况:

3e12a66a-1651-4eaa-bed2-5cee6e776ee4.jpg

一种是适合流体粘度低、间距相对大、小孔流动路径中液体短或流速高的情况下的惯性流动。在这种情况下,可以简化Navier方程,考虑低频情况。在这种情况下,制动力是流体加速流过孔通道的唯 一惯性力。速度高时制动力急剧增加,惯性流不能用于实际工程。

另一种可以归类为粘性流动,适用于液体粘度高、相对间距小、小孔流动路径中液体长或流速低的情况。阻尼器响应遵循以下等式:

液体粘度;Lp、Rp、h——表示几何特性,例如活塞头的长度、半径和间隙宽度。阻尼器的能量耗散完全通过液体通过通道产生的粘性作用实现。

与理想的长直孔相比,这个结构更复杂。使用阻尼器产生的输出力不再与速度平方成正比的特殊形式的孔来更改速度流特性。这个流体控制孔将提供的输出力与阻尼指数相关联。其中是0.3到2.0之间的预设(Sap2000、Etabs的非线性粘性阻尼单元的指数范围相同)。

为了便于数学表达,上述表达式可以转化为阻尼力大小与质点速度的指数形式成正比的粘性阻尼形式,因此其方向与运动方向相反,这大大简化了结构的振动方程,可以表示为:

(1)在线性模型中:

线性粘性阻尼力的滞后曲线是椭圆方程,即阻尼力循环一周的工作。

(2)在开尔文模型中

对于具有粘性特性的黏滞阻尼器的仿真分析,考虑动态刚度的粘性流体消能阻尼器理论模型可以采用Kelvin模型,即弹簧单位和阻尼单位平行的形式。其中,K是粘性阻尼器的存储刚度,C是粘性阻尼器的阻尼系数,是粘性阻尼器的阻尼指数,因此阻尼力的表达式如下:

黏滞阻尼器的计算与仿真分析

对于阻尼器的仿真分析,各主要软件使用Maxwell模型,该模型要求软件填充相应的刚度K、阻尼系数C、阻尼指数。(注:要模拟Kelvin模型(如具有粘弹性特性的阻尼器),可以使用Maxwell模型的单元并行弹性单位进行模拟。

麦克斯韦模型

为了验证软件原理,利用Matlab编写了该结构进行计算分析,并对Sap2000、Etabs、Abaqus进行了比较。使用以下振动信号进行质量点10t、并联刚度100N/mm(构成Kelvin模型以实现系统整体刚度的配置)、阻尼系数180N/MM  0.45、阻尼指数0.45、单点振动分析。

在Sap2000中,只需要注意阻尼系数C、阻尼指数、刚度K是阻尼系数C的100~1000倍(或根据阻尼器外筒刚度进行填充)。

在Etabs上填充粘性阻尼器须非常谨慎。解算器与Sap2000一样是SapFire,但Etabs填充粘性阻尼器时,阻尼系数C自动基于(N,mm)换算单位。因此,单位不容易出错,所以以n,mm为单位填充阻尼器。

联系我们

地址:河北省衡水北工业园区橡塑路10号

电话:0318-6883188

手机:18031810852

微信联系

微信联系

留言咨询

留言应用名称:
客户留言
描述:
验证码

勿删--全局样式

发布时间:2021-07-30 14:47:18