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粘滞阻尼器速度指数及其工程应用研究

王维凝  
【摘要】: 粘滞阻尼器凭借其构造简单和不对结构产生附加刚度的优势应用在建筑领域已经有50多年的历史。本文在总结了近些年来国内外关于粘滞阻尼器的研究和应用现状的基础上,对其性能和耗能机理进行了理论分析和试验研究,主要工作包括以下几个方面: 1.通过流体的流态分析,研究了流体的层流和紊流模型对粘滞阻尼器的耗能和阻尼力的影响,并得出了粘滞阻尼器的线性模型和计算公式; 2.设计和制造了一款孔隙式粘滞阻尼器,对两种不同阻尼介质粘滞阻尼器速度和阻尼力的关系进行了试验研究。同时,采用流体有限元CFD软件Fluent进行了数值模拟分析,并将数值模拟结果与试验结果进行了对比分析。结果表明,阻尼孔中的层流模型是得到线性的速度和阻尼力关系的重要因素,速度指数从一次过渡到二次的过程就是粘滞介质流态从层流模型过渡到紊流模型的过程; 3.借助于流体力学的基本理论,研究了粘滞阻尼器的速度指数。结果表明,牛顿流体力学基本公式能得到的速度指数最低为1。如果不改变阻尼孔的形式,采用非牛顿流体作为阻尼介质,提高流体流速得到高速的层流模型是一种得到速度指数小于1粘滞阻尼器的方法。此外通过改变阻尼孔的形式来得到速度指数小于1的粘滞阻尼器; 4.依托实际工程项目,利用Etabs和Perform-3d等有限元设计和分析软件建立模型,模拟了结构设置粘滞阻尼器前后的地震反应(其中,弹性阶段采用Etabs软件模拟,弹塑性阶段主要采用以纤维束单元为基础的Perform-3d模拟),并通过比较设置阻尼器前后结构的层间位移角和结构构件的塑性变形,对结构的抗震性能进行了综合评价。


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