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桥梁粘滞阻尼器设计及性能研究

徐晓东  
【摘要】:工程结构减震(振)技术日臻完善,从传统的减震(振)设计方法到如今结构振动控制理论,可以说是工程结构抗震(振)史上的一座丰碑。结构振动控制技术是指在结构上安装一些特殊装置,如金属阻尼器、锁定装置、摩擦阻尼器和粘滞阻尼器,通过这些装置来保护结构,使其在地震或者大风中降低损坏程度,提高工程结构的抗震(振)能力。 论文研究的对象是桥梁粘滞阻尼器,即Viscous Damper,通常安装在桥面和桥墩之间。当桥梁正常形变时(如热膨胀、缓慢蠕动等),粘滞阻尼器不会对其产生负作用;当发生剧烈震(振)动时(如地震、爆炸、大风等),粘滞阻尼器活塞随着结构运动,阻尼介质在流经活塞上预留的阻尼孔(间隙)时,将地震输入的能量转化为热能,耗散掉。减轻结构受到震(振)动造成的损伤,大大提高结构的抗震(振)能力。 论文对粘滞阻尼器的工作原理进行了分析,阻尼器的耗能主要通过粘滞介质流经小孔(或缝隙)时的孔缩耗能和粘滞摩擦耗能来完成能量的转换和耗散,通过对耗能原理的分析,推导了出了双出杆孔隙式粘滞阻尼器的理论滞回公式,给粘滞阻尼器的设计提供理论依据。论文对阻尼器的结构,材料,泄漏原因进行了分析,选择合适的材料,设计合理的结构,提出了有效的泄漏预防措施。 由于受国内试验设备的制约,阻尼器的测试水平还不能满足要求。因此,本文提出了一种通过足尺寸模型的仿真测试来完成阻尼器性能的测试。具操作过程为在pro/E中建模并将模型导入ANSYS ICEM中划分网格,建立具有较高精度的粘滞阻尼器流体网格模型,再将划分好的网格导入ANSYS CFX中,应用计算流体力学(CFD)数值方法对其进行仿真分析。 论文主要通过CFD仿真模型对粘滞阻尼器进行了动力测试,通过加载不同频率、不同幅值的正弦简谐荷载,得出粘滞阻尼器的阻尼力、位移和速度之间的曲线,分析粘滞阻尼器的相关性能。通过本文的仿真分析,测试结果验证了CFD仿真分析的正确性,可以认为CFD仿真模型能够作为粘滞阻尼器仿真测试的一种方法,为阻尼器的设计提供了一种新的验证手段。


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