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颗粒阻尼器的DEM 仿真与实验研究 林莎，陈前，段勇 南京航空航天大学振动工程研究所，南京 （210016 ） E-mail ：slin.detec@ 摘 要：本文给出了一种圆柱状颗粒阻尼器。一方面，利用DEM建模方法及其计算原理对该 颗粒阻尼器进行 Visual Basic 仿真；另一方面，采用实验手段对仿真结果的正确性进行检 验。通过对比发现：（1）仿真计算结果与实验测试结果吻合良好，证明了仿真程序的正确性； （2）颗粒阻尼器耗能特性具有随加速度幅值增大而增大、随激振频率增高而减小的规律。 关键词：颗粒阻尼器，DEM，损耗能量，Visual Basic 中图分类号：TB53；0323 1. 引言 颗粒阻尼（particle damping ）是一项振动被动控制新技术，最早由洛克威尔公司的 H.V.Panossian 博士提出。其原理非常简单，就是将微小颗粒按照一定填充率填充到振动结构 内部或附属的空腔内，结构振动引起颗粒之间以及颗粒与空腔壁之间的非弹性碰撞和摩擦， [1] 以此消耗能量，产生阻尼效应，从而达到抑制结构振动的目的 。该技术具有以下优点：概 念简单、成本低廉，适用于高温、辐射、腐蚀等恶劣环境，还可以利用结构上现成的或附带 的空腔，其阻尼作用也不受方向限制。这些优点为颗粒阻尼在工程实践中的广泛应用提供了 可能。 目前国内外有关学者对颗粒阻尼的研究主要归为两个途径：实验和仿真。丰富的实验数 据充分表明颗粒阻尼是一种简单且行之有效的减振手段，然而对颗粒阻尼的仿真却是一件非 常棘手的事情。由于颗粒数量大、运动影响因素多，计算机模拟仿真技术便成为一种必要的 研究手段。 本文采用离散单元方法（discrete element method, 简称 DEM ）对竖直振动颗粒阻尼器 结构进行了仿真研究，并通过实验验证了仿真结果的正确性。 2. DEM 模型建立 2.1 DEM 介绍 DEM 是研究不连续体力学行为的一种数值方法，其基本原理是将不连续体分离成刚性 单元的集合，利用牛顿第二定律建立起每个刚性单元的运动方程，再用动态松弛法迭代求解 这些运动方程，从而求得不连续体的整体运动形态。本文对阻尼器中颗粒体的仿真采用球体 DEM 模型，迭代过程采用极小的时间步长，使得单个时步内的加速度和速度值均可假定为 常量。 在时刻t ，对第i 个颗粒单元利用牛顿第二定律可得： (t ) (t ) (t ) x =∂x / ∂t (=∑F ) / m (1) i i i i （）t （）t （）t θ =∂θ / ∂t （=∑M ）/ I i 1, 2...,n (2) i i i i t t 其中x 、 （） 分别表示颗粒i 的位移、受力和质量， （） 分别表示颗粒i 的 i F