变间隙粘滞阻尼器的性能分析 - 震灾防御技术.pdfVIP

第 1卷 第 2期 震灾防御技术 Vo1．1，NO．2 2006年6月 TechnologyforEarthquakeDisasterPrevention June．2006 变间隙粘滞阻尼器的性能分析 李 英 闫维明 纪金豹 (北京工业大学工程抗震与结构诊治北京市重点实验室，北京 100022) 摘要 基于半主动控制理论，本文提出一种新型的间隙式粘滞阻尼器。通过改变阻尼器缸体内径 形成合理的阻尼通道间隙，使阻尼系数具有随位移改变而变化的特性。在幂律流体本构关系的基 础上，建立了粘滞阻尼器的阻尼力计算模型。理论计算表明：新型间隙式阻尼器的减振性能显著 优于常规间隙式阻尼器。 关键词：变间隙 粘滞阻尼器 阻尼系数 阻尼力 刖 吾 寻求高效节能、切实可行的被动控制措施是 目前被动控制研究的关键，为此大家在研究 时都在改善耗能装置上下功夫，粘滞阻尼器作为被动控制的一种，受到了关注。粘滞阻尼控 制器与半主动变阻尼控制器相比，其阻尼力与速度为固定的幂指数关系。由于提供的阻尼力 缺乏对运动状态的反馈能力，因此，其对不同频率组成的外部激励适应能力较差，不能实时 保持最优的耗能能力，控制效率较低。本文在半主动理论的基础上，提出力学性能更为优越、 简单、实用的变间隙粘滞阻尼器。 1 半主动可变阻尼控制 结构主动变阻尼系统是利用外部能源调节装置的阻尼系数，控制效果基本接近主动控制 效果。 I-Irovat(1983)首先提出了应用可变阻尼器控制。在美国，Inaudi(1994)和Yang(1993； 1995)等对半主动的算法进行了深入的研究。Symans等 (1994；1995)在被动流体阻尼器的 基础上，提出了两种不同的半主动粘滞流体阻尼器。 国内在该领域的研究起步较晚，孙作玉等 (2000；1998)对变阻尼半主动控制的理论进 行了研究并作了仿真计算，还设计了一个变阻尼的控制器，进行了振动台试验。李惠等 (2002) 建立了半主动粘滞流体阻尼器的力学模型并安装在 5层钢框架上进行了振动台试验。北京工 1 国家 自然科学基金项 目 (5o478o42，北京市教委科技与研究生教育建设项 目 (4700001401509)，广东省地 震工程与应用技术重点实验室开放项 目 收【稿 日期】2006-04-08 [作者简介】李英，女，生于 1978年。在读硕士研究生。主要研究领域：结构被动耗能减振。 E-mail．．1ying2003@emails．bjut．edu．c：n 震灾防御技术 1卷 业大学的彭凌云 (2004)提出的向心式摩擦阻尼器，当活塞杆相对于缸筒运动时，滑动楔块 和缸筒的内壁之间会产生摩擦力，阻碍活塞杆的运动。调节弹簧压缩量和滑动楔块与挡套筒 之间的间隙量来实现多种滞回模型，从而达到半主动控制的效果。本文应用半主动控制的原 理提出一种新型的阻尼器——变间隙式粘滞阻尼器 。 2 变间隙式粘滞阻尼器 2．1 理论 Inaudi(1994)及S．J．Dyke(1997)提出：当阻尼器活塞与缸体的相对位移处于极值时， 将阻尼器的阻尼系数进行一次调整，使阻尼系数的大小与阻尼器最近发生的相对位移峰值成 正比，可以实现优于被动控制的控制效果。Inaudi(1997)给出了一种有效耗能的半主动变 阻尼摩擦阻尼器，并提出了控制算法，通过反馈阻尼器的最大位移来改变摩擦力，提高摩擦 阻尼器的起滑动力，以此达到高耗能的目的。其中摩擦阻尼器的耗能公式为： df：Ⅳ(f)Ildf∽ll0 (1) 式中 为阻尼器耗能；Ⅳ(f)为摩擦阻尼器接触力； 为阻尼器的变形信号。 提出的控制算法是一种联合定位的动力反馈法则，即利用阻尼器的变形作为确定半主动 控制的唯一反馈信号。其中控制器用公式 Ⅳ(f)=glP[△( (