含粉土颗粒的活塞式油阻尼器减震性能研究与应用

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粘滞阻尼器主要由粘滞液体和活塞组成,因其构造简单,附加刚度小,耗能效果优良,在桥梁和大型结构中应用广泛。通过对常规粘滞阻尼器的分析研究,本文提出含粉土颗粒的油阻尼器,借助粉土颗粒与活塞间的相互作用,提高阻尼力的输出,改善耗能性能,并依靠粉土的有效应力实现对活塞的缓冲和限位。通过理论分析、流体仿真模拟、动力试验和结构地震响应分析,本文对含粉土颗粒的油阻尼器进行了系统研究。首先,采用CFD方法对阻尼器内部液体进行了流体动力仿真,借助流场的压强分布得到阻尼器的力-位移曲线,分析影响阻尼力大小的因素。其次,设计并进行了阻尼器动力试验,讨论影响耗能性能的因素及影响规律,提出增大阻尼器耗能的方案。同时,对粘滞力-速度关系和滞回力-位移关系进行公式拟合。最后,通过结构地震时程分析,评价阻尼器在结构中的减震效果。通过研究,本文得出以下结论:①CFD模拟结果显示,纯油阻尼器在速度较低时的耗能模型接近于线性模型。当速度增大时,阻尼器会表现出一定刚度特性,使耗能模型偏向于Kelvin模型。采用标号较高、粘性较大的粘滞液体、减少阻尼孔数量、减小阻尼孔径均能一定程度提高阻尼力。②动力试验显示,向液体阻尼器内添加适量土粒能够增大阻尼力。当位移幅值较小时,土粒间有效应力较小,力-位移曲线近似呈椭圆形。当位移幅值较大时,土粒间有效应力发挥作用,力-位移曲线有上扬趋势,此时的阻尼力包括粘滞力和滞回力。粘滞力同速度相关,滞回力同位移相关。③时程分析显示,试验设计的含粉土颗粒的阻尼器对结构起到了一定减震作用。
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