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桥梁粘滞阻尼器设计及性能研究

作　者: 徐晓东
导　师: 秦剑
学　校: 西南交通大学
专　业: 机械工程
关键词: 粘滞阻尼器 CFD 仿真
分类号: U442.55
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

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。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-10
第一章绪论  10-17
  1.1 引言  10-11
  1.2 传统减震设计理论及有待解决的问题  11-12
  1.3 结构耗能减震技术研究的目的和意义  12
  1.4 粘滞阻尼器的研究进展  12-16
    1.4.1 国际上的研究进展和应用现状  12-14
    1.4.2 国内的研究进展和应用现状  14-16
  1.5 本文的研究主要内容  16-17
第二章常见桥梁阻尼器介绍  17-24
  2.1 耗能减震的概念  17
  2.2 常见桥梁阻尼器及其耗能原理  17-20
    2.2.1 粘滞阻尼器  17-18
    2.2.2 金属阻尼器  18
    2.2.3 摩擦阻尼器  18-19
    2.2.4 粘弹性阻尼器  19
    2.2.5 风限制器阻尼器  19-20
    2.2.6 熔断阻尼器  20
  2.3 粘滞阻尼器的布置与安装  20-22
    2.3.1 建筑方面  20-21
    2.3.2 桥梁方面  21-22
  2.4 耗能减震结构的优越性及其应用范围  22-23
  2.5 本章小结  23-24
第三章孔隙式粘滞阻尼器原理  24-33
  3.1 阻尼器介质所需基本性能  24-27
    3.1.1 流体的粘性  25
    3.1.2 流体的种类  25-26
    3.1.3 层流和紊流及判据  26-27
  3.2 孔隙式粘滞阻尼器耗能机理  27-28
    3.2.1 粘滞摩擦耗能  27-28
    3.2.2 孔缩效应耗能  28
  3.3 孔隙式粘滞阻尼器阻尼力理论计算公式  28-32
    3.3.1 由孔缩效应产生的阻尼力  28-30
    3.3.2 粘滞摩擦产生的阻尼力  30-32
    3.3.3 孔隙式粘滞阻尼器的理论公式  32
  3.4 本章小结  32-33
第四章双出杆孔隙式粘滞阻尼器的设计  33-47
  4.1 粘滞阻尼器的设计  33-44
    4.1.1 粘滞阻尼器的结构设计  33-35
    4.1.2 粘滞流体  35-38
    4.1.3 活塞杆设计  38-39
    4.1.4 缸筒材质、壁厚  39-41
    4.1.5 活塞头材质,小孔形状  41-42
    4.1.6 密封  42-44
    4.1.7 外接件设计  44
  4.2 设计的粘滞阻尼器  44-45
  4.3 阻尼器质量检测指标  45-46
  4.4 本章小结  46-47
第五章基于CFD的液压阻尼器特性仿真分析  47-59
  5.1 孔隙式粘滞阻尼器建模与网络划分  47-48
  5.2 ANSY CFX参数设置  48-50
    5.2.1 工作介质特性参数  48-50
    5.2.2 紊流模型  50
    5.2.3 热传递模型  50
  5.3 双出杆孔隙式粘滞阻尼器性能仿真研究  50-58
    5.3.1 仿真工况及结果  51-55
    5.3.2 双出杆孔隙式粘滞阻尼器仿真结果分析  55-58
  5.4 本章小结  58-59
结论  59-60
致谢  60-61
参考文献  61-63

桥梁粘滞阻尼器设计及性能研究

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