一種新型連續(xù)體減振器的理論研究及計算機(jī)模擬

一種新型連續(xù)體減振器的理論研究及計算機(jī)模擬摘要：本文主要研究基于鋼結(jié)構(gòu)的新型連續(xù)體減振器的設(shè)計、理論分析以及計算機(jī)模擬。首先對連續(xù)體減振器的工作原理和分類進(jìn)行介紹，然后重點討論特定應(yīng)用條件下，采用鋼結(jié)構(gòu)的新型連續(xù)體減振器的性能及其影響因素，并提出了相應(yīng)的動力學(xué)模型和計算機(jī)模擬方法。通過對模型進(jìn)行數(shù)值仿真，對新型連續(xù)體減振器的減震效果和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性進(jìn)行評估，并探討了環(huán)境因素對其影響及優(yōu)化措施。最后進(jìn)行結(jié)論總結(jié)，證明了該新型連續(xù)體減振器具有較好的減振效果和適應(yīng)性。關(guān)鍵詞：連續(xù)體減振器；鋼結(jié)構(gòu)；動力學(xué)模型；計算機(jī)模擬；優(yōu)化1.引言隨著人類經(jīng)濟(jì)、社會和環(huán)境的快速發(fā)展，建筑物和結(jié)構(gòu)物的高層化已成為一種不可抗拒的趨勢。一方面，這些高層結(jié)構(gòu)帶來的可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益也讓人們對它們充滿期望；另一方面，隨著結(jié)構(gòu)體積和質(zhì)量的增加，結(jié)構(gòu)的自振頻率和振幅也相應(yīng)增大，進(jìn)而可能引發(fā)地震、風(fēng)災(zāi)等環(huán)境因素的破壞性損失。因此，如何減少建筑物和結(jié)構(gòu)物所產(chǎn)生的振動和震動，成為了結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域的一個重要研究課題。連續(xù)體減振器作為一種被廣泛應(yīng)用的減振裝置，具有結(jié)構(gòu)簡單、減振效果顯著、可靠性高等優(yōu)點，已經(jīng)成為結(jié)構(gòu)靈敏度控制、降低結(jié)構(gòu)體系響應(yīng)等領(lǐng)域研究的熱點。傳統(tǒng)的連續(xù)體減振器主要采用鋼筋混凝土或預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)，其載荷能力、減振效果和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性已比較成熟。然而，在一些場合下，如超高層建筑、地鐵車站、橋梁等特殊工程中，傳統(tǒng)連續(xù)體減振器的應(yīng)用受到很多制約，比如尺寸限定、施工周期長、結(jié)構(gòu)組裝困難等等。為此，一種質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好、靈活性強(qiáng)的減振結(jié)構(gòu)就顯得尤為必要。基于這種需求，我們研究了一種采用鋼制結(jié)構(gòu)的新型連續(xù)體減振器，并提出了其動力學(xué)模型和計算機(jī)模擬方法，以期增強(qiáng)該減振器的減振效果和工程適應(yīng)性。以下將從工作原理、結(jié)構(gòu)設(shè)計、動力學(xué)模型、計算機(jī)模擬和優(yōu)化措施五個方面進(jìn)行介紹。2.工作原理連續(xù)體減振器的工作原理是將減震材料（一般為橡膠、彈簧等）置于建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部，形成具有合適彈性模量的減振系統(tǒng)，吸收、消散結(jié)構(gòu)振動的能量，減小結(jié)構(gòu)的共振幅值，達(dá)到降低結(jié)構(gòu)的振動響應(yīng)的目的。該減振器可以用于水平或者垂直方向上抑制結(jié)構(gòu)的振動。圖1經(jīng)典的連續(xù)體減振器結(jié)構(gòu)示意圖傳統(tǒng)的連續(xù)體減振器結(jié)構(gòu)采用砼材料，結(jié)構(gòu)體積和質(zhì)量比較大，對建筑設(shè)計帶來的限制也就變得越來越嚴(yán)格。針對這類問題，我們提出了一種基于鋼結(jié)構(gòu)的連續(xù)體減振器。圖2基于鋼結(jié)構(gòu)的連續(xù)體減振器結(jié)構(gòu)示意圖3.結(jié)構(gòu)設(shè)計在本文中，我們采用的新型連續(xù)體減振器結(jié)構(gòu)采用鋼基材料的結(jié)構(gòu)，如圖2所示。由于鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)異特性（質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、耐久性好等），能夠極大地提升連續(xù)體減振器的工程適用條件。在設(shè)計過程中，為了更好地降低結(jié)構(gòu)振幅，我們采用了強(qiáng)度逐層遞增的設(shè)計原則。在結(jié)構(gòu)的上下方設(shè)置了四根彎曲構(gòu)件，分別連在上下層板和栓固點之間，構(gòu)成一個水平或垂直的剛性框架，內(nèi)部填充有一定壓力的橡膠填充物。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生振動時，該填充物起到減振作用。4.動力學(xué)模型為了對該新型連續(xù)體減振器的性能和工作原理進(jìn)行深入研究，我們建立了基于動力學(xué)模型的計算機(jī)仿真模擬方法。圖3基于鋼結(jié)構(gòu)的連續(xù)體減振器動力學(xué)模型示意圖在建立動力學(xué)模型時，我們將其視為一個彈性體系統(tǒng)，根據(jù)連續(xù)介質(zhì)動力學(xué)原理，將材料內(nèi)部作為彈性點陣，結(jié)合減振器的物理特性建立了系統(tǒng)的振動微分方程。根據(jù)該方程和系統(tǒng)邊界條件，我們可以快速推導(dǎo)出系統(tǒng)的實際振動狀態(tài)，并評估其減振效果。5.計算機(jī)模擬基于所建立的動力學(xué)模型，我們開展了有限元計算仿真研究。為模擬實際環(huán)境，我們考慮建筑物、地基和減振器之間的相互作用，并對輸入信號進(jìn)行了真實的場地地震加速度波形。模擬結(jié)果表明，該新型連續(xù)體減振器依靠橡膠填充物的彈性特性，能夠有效吸收和消散結(jié)構(gòu)振動的能量，減小結(jié)構(gòu)的共振幅值，具有較好的減振效果和穩(wěn)定性，在性能和適用范圍方面也有很大提升空間。同時，我們還對減振器的環(huán)境響應(yīng)特性等方面進(jìn)行了分析，提出了相應(yīng)的優(yōu)化措施，以更好地適應(yīng)復(fù)雜的實際環(huán)境。6.總結(jié)本文對基于鋼結(jié)構(gòu)的新型連續(xù)體減振器開展了一系列的理論研究和計算機(jī)仿真，提出了相應(yīng)的動力學(xué)模型、計算方法和優(yōu)化措施，對該減振器的減振效果和工程適