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1、具有高刚度的提高流体阻尼器配置的开发与测试结构Science in China Series E: Technological Sciences - 1 -具有高刚度的提高流体阻尼器配置的开发与测试结构道格拉斯体育泰勒总统泰勒设备公司90 泰勒驱动器。北托纳旺达，纽约 14120-0748716-694-0800迈克尔康斯坦丁努，博士，教授，纽约州立大学布法罗分校土木工程系132 Ketter 厅布法罗，纽约州 14260人们普遍公认的，具有高刚性的结构特点可以作为具有相对较小的位移发生时的震动输入。这些小挠度执行附加阻尼元件等已被证明是非常困难的。结合流体阻尼器，一个简单的机械切换支撑组装放
2、大结构的小排量的同时，生产所需的阻尼力进行了研究。切换括号和流体阻尼器安装 32000 磅结构遭受地震地面上的大地震摇表的议案瞬变，提供测试结果。引言增加减震装置结构，以提高冲击和震动输入下的性能的概念已被彻底证明了广泛的应用，在过去一个世纪。这些应用范围从汽车悬架，建筑和桥梁，受到武器的军事结构的影响。根据不同的应用，最优的阻尼水平千差万别。例如，汽车悬架通常在 20-30的临界范围阻尼，利用所谓的液压减震器，提供所需的阻尼水平。受到风输入的高楼大厦往往配备各类减震器提供 5-10的总阻尼，其中包括从结构本身只有 1-3。军事系统固有的坚固耐用，但往往是根据武器优化？通过增加阻尼非常大的金额
3、，往往相当于 100-2000的临界品位休克。泰勒和康斯坦丁努（1994） 8和泰勒和李（1987） 9提供额外的背景和历史数据的使用上，增加了结构的阻尼。康斯坦丁努，等。 （1996） 1宋和 Dargush（1996 ） 6上使用的阻尼器在建筑和桥梁结构的报告。实施内相对僵硬的结构系统阻尼装置已被证明是非常困难的。这是由于小的位移，发生这种类型的结构时受到震惊和/或震动输入。阻尼元素，如果需要跨越建设海湾，附件和支撑要素固有的灵活性，成为一个重大问题，这个问题变得更加困难。为了消除过多的支撑和附件挠度，这些元素必须作出大规模的截面积和惯性弯矩。然而，甚至当一个设计可容纳重，超大的成员结构，
4、减震装置本身固有的灵活性成北华大学本科英文译文中国科学 E 辑：技术科学- 2 -为一个设计问题。例如，考虑图简单的长方形建筑湾。 1，其中包括一个完整的流体阻尼器简单的斜撑。这个海湾是高 10 英尺，30 英尺宽。假设建设是相对刚性，结构工程师预计约 0.5横向漂移（作为层高百分比表示）产生之前，会发生夸张的形式在图描述了这种横向漂移。 图 1建设海湾与阻尼使用简单的几何和解决斜撑长度下都显示位置，显示一共只有 0.56 英寸对角线缩短下定义的输入。这种类型的流体阻尼器的一个典型的设计规范要求总挠度基于以下总结：0.5的故事漂移下的动态运动 56 英寸抗震设计规范的安全系数（100）=.56
5、 英寸提供的热膨胀/收缩= .13 英寸，共有所需的偏转能力= 1.25 英寸。一个简单的流体阻尼块布局如图 2，流体通过一个活塞头配置 orificing 产生的阻尼力。托架（基于图 1 的尺寸）对于一个典型的建筑，阻尼器会在 50,000-100,000 磅的泰勒和康斯坦丁努（1994 年）的范围内，输出力 8报道？现实世界的工作压力？建设阻尼器不同从 2,000-10,000 PSI。阻尼压力低于 2000 磅过大的设备的价值结果。 10,000 磅以上的压力，需要特殊和昂贵的设计考虑。当一个设计了阻尼器适用于小挠度，经营 2,000-10,000 磅，可压缩性工作流体和压力阻尼器的cl
6、inder 壁扩张的压力不容忽视。这些影响都共同采取行动，这样的阻尼器，将需要提升业务水平的流体压力的有限位移量。这种效应被称为：上升偏转或鼻子的角度阻尼力 - 挠度曲线，并通过测试阻尼器的一个阶梯函数的速度输入验证。一个合理的近似这种效果通常可以由液柱流体的压缩比例的总长度乘最大的阻尼压力倍减振器的活塞 ully 在一个方向偏移。泰勒（1971 ）7，硅胶减震液的各种制造商已经发表在 8000 psi 的 5的体积压缩的压缩值的报告。加或减 1.25 英寸的位移，在我们的例子中，将出现上升的最大挠度当活塞完全抵消在一个方向，然后向相反的方向流离失所。如果我们假设 8000 psi 的工作压力
7、，使用硅为 5的压缩值，阻尼器将有一个上升的偏转：具有高刚度的提高流体阻尼器配置的开发与测试结构Science in China Series E: Technological Sciences - 3 -0.5（21.25）=.125 英寸因此，要达到充分的阻尼力阻尼器位移的要求.125 英寸。实际产生的动态位移是0.56 英寸的僵硬结构定义。因此，阻尼器基本上浪费了结构的位移只是建立以充分发挥其阻尼力值的近四分之一。第二个问题是阻尼响应时，阻尼器在其上升偏转偏转范围经营，提供了非常少的能量消耗。这是由于相对较低的力量提供的，而事实上，流体的初步反应是有点弹性性质，甚至提供电阻流程的阻尼孔，
8、。如果设计师希望保持风或重复地震输入下的弹性结构，偏转将被限制在较小的值比.56 英寸产生。这将进一步降低阻尼器的成效。图 2流体阻尼器改进的阻尼配置的发展在刚性结构提供足够的阻尼性能的最直接的解决方案是简单地使用大口径阻尼器在非常低的压力下采取行动，以尽量减少上升时间的影响。该解决方案是不切实际的，在阻尼器，打包由于其大信封，再加上一个同样高的成本变得困难。第二个直接的解决方案是找到一个可压缩流体。这个解决方案也已证明是不切实际的，因为目前所有可用的产品与较低的压缩或者有毒，易燃，或温度敏感。一个更有效的解决方案涉及利用杠杆式的机制，在阻尼器安装点，同时减少所需金额的作用力乘以建筑物的偏转。
9、这种方法研究了先前各研究人员。图 3 描述了一个典型的解决方案，在这种情况下，大成公司的梦幻？系统，日比野，等报告。 （1989） 3。图 3 结合了驾驶臂铰链销连接列和上层的大幅支撑柱。最终的结果是，使用一个简单的机械杠杆，以增加有效阻尼中风。不幸的是有实际使用，如在建筑物或桥梁结构设计的主要障碍。首要关注的是，整个机制的设计必须有非常小的弯曲或在其元素的应变。否则，弯曲的机制本身是同一水平的上升直接作用减振器偏转，从而获得无设计改进。僵化机制的要求，必须使用极为密切的配合，最好用圆锥滚子轴承或类似的紧密间隙轴承，铰链点。此外，所有的机械该机制的链接必须北华大学本科英文译文中国科学 E 辑：
10、技术科学- 4 -是相对大而重，以防止弯曲载荷下。一个梦幻般的系统的第二个问题，涉及面议案。由于地震和风力的运动很少将被应用于一个单一的建设轴沿，支撑系统必须接受，没有屈曲或结合大量平面的议案。从图中可以观察到。 3，相同的铰链点必须紧密配合，让平面反应不能绑定在平面方向，这是非常困难的事没有过多的费用。图 3插图梦幻般的系统切换的支撑机制这一研究项目涉及改进机制的发展，消除与传统的设计方法，以减振器安装在一个相对僵硬的结构问题。早在设计过程中，人们认识到存在类似的问题在行动（运行机制）小型武器的设计，特别是那些无所不包的半自动或全自动射击模式与机制。在这种武器的类型，作用机制必须是轻量级出来
11、的必要性，但足够的刚性，坚决查封的武器武器发射时膛。此外，行动必须是能够关闭和解锁的臀位允许允许提取和燃煤墨盒的弹射发射，周期，加上饲料和室另一轮。所有这些功能都必须获得一个低的作用力。小武器设计的审查显示切换机制的成功应用，以完成上述任务。其中之一是所谓的杠杆作用，在火山，亨利和温彻斯特重复步枪，大约 1845 - 至今。二是，首先由瑞士军队改编在 1900 年，德国军队在第一次世界大战和第二次世界大战中使用的鲁格手枪（鲁格）。这两个武器之间存在某些相似之处，由于购买手枪的行动的基本设计，原先从雨果博查特，曾在 1890 年被聘为工程师温彻斯特武器的事实。图 4 是所谓的原理？切换臀位，由乔
12、治鲁格的专利 1900，描绘完整的后坐力的位置。当臀位幻灯片返回到电池（前锋），切换几乎完全伸展，作为一个惯性臀位锁。具有高刚度的提高流体阻尼器配置的开发与测试结构Science in China Series E: Technological Sciences - 5 -图 4切换臀位机制的模型 po8 鲁格手枪图 5 切换括号阻尼系统检测过架这一机制，以适应建筑框架，涉及使用切换为斜撑，安装阻尼器的一端与近似切换支点，另一端连接到建筑框架。基本设计图描绘。 5，这也是本报告实际帧测试。在此配置中，在一个相对较小的建设框架的横向偏转会导致在阻尼器的更大的偏转，由于切换机制，在阻尼器安装点乘以
13、变形。各种刚体几何研究的进行，这表明在 3和 4 之间，全尺寸的框架可用偏转放大倍率。由于所需的阻尼耗能是一个特定的值，使用切换括号乘以挠度减少从阻尼器本身所需要的力量，因为每个周期吸收的能量是不可分割的阻尼力与尊重流离失所。请注意，在图测试配置。 5 因使用现成的施工材料和部件。在一个实际的结构，连接细节将固定在每个括号连接梁列交界处，以尽量减少弯曲应力。北华大学本科英文译文中国科学 E 辑：技术科学- 6 -图 5 还解决了平面外屈曲的条件，因为切换的低角度偏转允许使用简单的弯曲连接。在这种情况下，所需的曲被确定为第一个四分之一英寸厚的钢板，弥补切换两种结构管件之间的焊接到位。类似的板弯曲
14、用来连接切换机制的建设框架。弯曲的允许使用低力添砖加瓦的阻尼运动的飞机，同时提供大量的顽强抵抗的平面议案。事实上，如果弯曲不够深，其平面惯性弯矩可以是任何价值，甚至给点铰链更耐比结构管，形成了平面运动平衡肘支撑。肘撑阻尼系统图。五是明显比图梦幻般的系统建设成本更低。 3，要求只有几个简单的结构形状和建设平原焊缝。图 5 是明显比图梦幻般的系统建设成本更低。 3，要求只有几个简单的结构形状和建设平原焊缝。测试结构测试结构由两个相同的框架图的配置。32000 磅。顶部连接的混凝土块体。基本上是一个半帧长度与广大柱连接在水平方向上提供一个 3.2 赫兹的基本频率与梁进行测试，测试结构设计。这个基本的
15、频率是相对僵硬的结构代表。一个单一的阻尼器被安装在每一个测试帧，从而提供了一个共 2 阻尼器在结构。组件级测试每个阻尼器显示基本上是线性阻尼，与 90 lb-sec/in 不断。 0-20/秒以上的速度范围。每个阻尼器测量 1.75 英寸直径 18 英寸加长，加上或减去 2 英寸的可偏转竖立在位于纽约州立大学布法罗分校的表大地震震动整个结构。共有 31 传感器安装在结构上，包括 18 个加速度计， 11 位移传感器，称重传感器。摇表在 0-50 Hz 范围内的带状白噪声激励输入结构，以获得与帧相关的传递函数，无阻尼。传递函数分析表明，测试结构基本上表现为一个单自由度体系，基本频率的 3.0 和
16、 3.2之间的所有测试赫兹。基本频率的变化，似乎是由于在测试过程中的一系列连接刚度，这反过来又依赖于在各帧从测试测试连接螺栓紧张。阻尼比，得到的传递函数，被认为是 4.5，裸结构的关键，和 21.5，与安装阻尼器的结构的关键。使用不同强度的 11 个不同的地震记录，共执行 80 个独立的测试，结构性能进行了评价。所有测试均顺利完成，无异常。无损坏或永久变形，指出在测试过程中帧，括号，或阻尼器。表 I 列出了选定的震动，从测试矩阵。所有测试在原型的规模，这涉及到压缩时间的议案 2 的平方根的一个因素，从而满足一半的长度缩尺模型的相似要求表一、地震摇表测试中使用的原型规模和特点的议案（所有的组件是水平）地震 记录 地震加速度 地震周期 地震强度厄尔，先涛数码科技公司帝王谷 CA1940 年 5 月18 日 S00E 组件0.34 13.16 4.27具有高刚度的提高流体阻尼器配置的开发与测试结构Science in China Series E: Technologic
