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北京工业大学学报 2022年第4期48卷 378-391页

作者：王威仲凯徐善文李昱刘磊李玉坤西安建筑科技大学土木工程学院西安710055

为了解决某些实际工况下阻尼器应用范围受限的问题,设计了一种轴向拉压波形钢板阻尼器,以阻尼器长宽比和翼缘厚度为变量设计4个阻尼器试件,通过拟静力试验和ABAQUS有限元分析对其力学性能进行研究.试验结果表明:4个阻尼器试件波形腹板... 详细信息

为了解决某些实际工况下阻尼器应用范围受限的问题,设计了一种轴向拉压波形钢板阻尼器,以阻尼器长宽比和翼缘厚度为变量设计4个阻尼器试件,通过拟静力试验和ABAQUS有限元分析对其力学性能进行研究.试验结果表明:4个阻尼器试件波形腹板基本处于纯剪的理想状态;4个试件具有良好的延性和耗能能力,滞回曲线稳定且饱满;提高阻尼器的长宽比,其耗能能力和延性会随之提高,承载能力却随之降低;增加翼缘厚度,阻尼器承载力随之提高,耗能能力差别不大.利用ABAQUS软件建立9个阻尼器模型验证了模拟的可靠性并进行拓展因素分析.模拟结果表明:有限元分析与试验结果吻合程度良好;阻尼器长宽比最好保证在0.5~0郾9,长宽比在此范围内增大时,阻尼器的滞回性能随之增大;当翼缘与波形腹板厚度比不小于2.4时,提高翼缘板的厚度对阻尼器整体的耗能性能提升不大;结合试验结果和ABAQUS有限元分析结果,拟合得到轴向拉压型金属阻尼器的抗拉(压)承载力理论计算公式.与试验结果对比发现,理论计算公式有一定的适用性.

关键词：轴向拉压波形钢板阻尼器滞回性能翼缘厚度阻尼器长宽比有限元抗拉(压)承载力

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轴向拉压型金属阻尼器的力学性能试验研究

轴向拉压型金属阻尼器的力学性能试验研究

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作者：梁宇建西安建筑科技大学

学位级别：硕士

现今,消能减震装置被广泛应用于结构设计中。金属阻尼器由于具有良好的塑性耗能、价格低廉和安装方便等特点被广泛应用。本文提出了一种轴向拉压型金属阻尼器。本文通过采用试验研究、数值模拟分析和理论分析相结合的方式,对轴向拉压型... 详细信息

现今,消能减震装置被广泛应用于结构设计中。金属阻尼器由于具有良好的塑性耗能、价格低廉和安装方便等特点被广泛应用。本文提出了一种轴向拉压型金属阻尼器。本文通过采用试验研究、数值模拟分析和理论分析相结合的方式,对轴向拉压型金属阻尼器进行了力学性能与抗拉(压)承载力的研究,主要研究内容及所得结论如下:(1)针对轴向拉压型金属阻尼器的力学性能,设计并完成了7个阻尼器试件的低周往复加载试验,记录并分析了阻尼器试件的试验现象和破坏状态,分析了试件的滞回曲线、骨架曲线、特征点、延性、耗能能力、刚度和承载力退化等力学特征。(2)分析了波形腹板厚度、阻尼器长宽比和翼缘厚度对轴向拉压型金属阻尼器力学性能的影响。试验结果表明:波形腹板厚度越小,阻尼器的耗能性能和延性越好,且滞回曲线的捏缩程度越小,但相应的承载能力和初始刚度会越低。提高阻尼器的长宽比,其耗能能力和延性会随之提高,滞回环的捏缩程度、承载能力却随之降低,但当长宽比从0.7增长到0.9时,其耗能能力和延性的提升程度很小。改变翼缘的厚度仅对阻尼器承载能力和耗能性能有一定影响外,其他性能参数差别不大,翼缘厚度为10mm试件的耗能性能略低,这是由于翼缘没有发挥较好地约束作用,导致波形腹板面外屈曲严重,滞回环捏缩略微严重。(3)利用ABAQUS有限元软件对阻尼器进行数值模拟分析,建立了引入剪切损伤机制的循环骨架本构,并与选用双线性本构和循环骨架本构的有限元模型计算结果对比,分析得到引入剪切机制的循环骨架本构的优势,进一步从滞回曲线、骨架曲线、特征点和破坏状态等方面,验证出模拟结果与试验结果有较高的吻合程度,为后续的数值模拟拓展因素分析提供依据。(4)利用ABAQUS有限元软件,针对阻尼器的波形腹板厚度、阻尼器长宽比和翼缘厚度三个几何因素进行拓展分析。模拟结果表明:为保证翼缘的约束能力,使波形腹板的力学性能得到充分发挥,翼缘与波形腹板厚度比(t/t)不得小于2.4,在保证此前提下,阻尼器波形腹板的厚度越小,阻尼器的耗能能力越强,但承载能力表现越差。阻尼器长宽比最好保证在0.5～0.9范围内,超出此范围,阻尼器会发生中间约束板弯曲或阻尼器整体侧向失稳,进而导致其承载力出现骤降,长宽比在此范围内时增大时,阻尼器的滞回性能随之增大,但长宽比从0.7增加至0.9时,其滞回性能提升不大,考虑到现实情况的复杂影响(阻尼器出现偏压、初始变形等情况),认为长宽比为0.7时,阻尼器的滞回性能表现最佳。通过改变翼缘厚度进行有限元模拟,再次论证了翼缘与波形腹板厚度比(t/t)不得小于2.4,且发现提高翼缘板的厚度对阻尼器整体的耗能性能提升不大。(5)在已有的理论计算公式基础上,结合试验结果和ABAQUS有限元分析结果,拟合得到了波形腹板的抗剪承载力公式,并通过叠加原理得到轴向拉压型金属阻尼器的抗拉(压)承载力理论计算公式。通过与试验结果的对比发现,理论计算公式能保证一定的安全性的同时也不会过于保守,有一定的适用性。

关键词：轴向拉压型金属阻尼器波形腹板厚度翼缘厚度阻尼器长宽比剪切损伤

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