Диссертация (792633), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

Система переменнойжесткости (VSD) устанавливается на межэтажной конструкции, как показано нарисунке 1.3.25Рисунок 1.3  Система переменной жесткости (VSD)Восстанавливающая сила контролируемых связей определяется по формуле:xi  xi 1  0, F  0xi  xi 1  0, F  K d  xi  x0 (1.35)Применение активной и полуактивной системы переменной жесткостиЭксперимент с прототипом системы активной переменной жесткости длявиброзащиты конструкции, проведенный на виброплощадке в Техническом научноисследовательском институте Кадзима в Токио, Япония показал ее эффективностьдля снижения отклика конструкции.

Система успешно противостояла реальномуземлетрясению, наблюдаемому 11 ноября 1991 года [75].Применение полуактивной системы переменной жесткости показало уменьшениемаксимального межэтажного сдвига на 51% [79].Численное и экспериментальное исследование полуактивного аутригера показало,что демпферная система с правильно разработанными алгоритмами управленияпревосходит обычную систему аутригеров в уменьшении откликов конструкции[53].Исследование, проведенное в [50], показало эффективность модели здания сустановленнымполуактивнымустройствомпеременнойжесткости(VSD),26пассивным демпфером вязкого трения и их комбинации (гибридной системы).Гибридная система способствовала снижению отклика конструкции [50].Экспериментальное исследование, проведенное в [64], показало, что виброизоляторпеременной жесткости приводит к увеличению жесткости конструкции более чем в16 раз, а коэффициента демпфирования от 10% до 27%.1.4.2 Демпферы вязкого тренияДемпфирующиеустройства,основанныенапринципеработывысокоскоростного потока текучей среды при прохождении через отверстия, нашлимногочисленноеприменениевударнойвиброизоляцииивиброизоляцииаэрокосмических и оборонных систем.В последние годы были проведены обширные исследования и разработаныдемпферы вязкого трения (VF - viscous fluid damper) для применения в сейсмическихрайонах в конструкциях гражданского строительства.

Ученые экспериментировалинад тем, как демпферы вязкого трения могут уменьшить повреждения иперемещения конструкции без увеличения напряжений, разработали математическиемодели, которые будут использоваться при виброизоляции систем [65].Демпферы вязкого трения демонстрируют поведение, которое является какэластичным, так и вязким, а их механические свойства сильно зависят от частоты.Моделирование работы вязких демпферов является все более важной проблемой всвязи с широким распространением этих устройств.

Авторы [66]представляютвязкоупругую модель, использующую частные производные, способную описыватьчастотно-зависимые свойства вязких демпферов.Свойства демпферов вязкого тренияУстройство демпфер вязкого трения (рисунок 1.4) [76] состоит из поршня изнержавеющей стали с бронзовым отверстием и аккумулятором и заполненсиликоновым маслом [52] или битумной жидкостью [65]. Устройство работает втемпературном диапазоне от -40 ° C до 70 ° C [52].27Рисунок 1.4  Устройство демпфера вязкого тренияУстройство подавляет вклад высокочастотных вибраций путем добавления вязкогозатухания к основному режиму конструкции (частота меньше частоты отсечки) идополнительного затухания и жесткости к более высоким частотам [76].Демпфирующие силы возникают от сдвигового действия и деформации в жидкости,которая содержится в цилиндрической емкости [56].В работе [65] был предложен блок пружинно-вязких демпферных систем (см.рисунок 1.5).

Он состоял из четырех пружинных демпферов вязкого трения,заполненных битумной жидкостью и цилиндрического поршня.Сила демпфирования пропорциональна скорости поршня в вязкой жидкости [71]:FVD  CVD u  t  sgn  u t  (1.36)где FVD - сила в устройстве, CVD - вязкая характеристика устройства, u(t) - скоростьпоршня в вязкой среде, α – коэффициент, равный 0,5 - 2 [64, 71].Оптимальные характеристики пассивных демпферов вязкого трения, которыебудут использоваться в AVDS (active viscous damping system), можно найти в [57].28Рисунок 1.5  Блок пружинно-вязких демпферных системВ[76]аналитическипродемонстрированыпреимуществанелинейныхдемпферов вязкого трения с малыми значениями параметра α.

Было обнаружено, чтовязкий демпфер с α = 0,5 рассеивает на 31% больше энергии, чем демпфер с α = 2.Применение и результатыВ последние годы демпферы вязкого трения VF используются в конструкцияхгражданского строительства. Эти устройства, установленные на конструкциях ииспытанные на виброплощадке, уменьшали межэтажные сдвиги от 30% до 70% иуменьшали горизонтальные инерционные силы от 40% до 70%, тогда как другиепоглощающие энергию устройства не могли достичь такого уровня уменьшения.Причиной этой разницы является почти чистое вязкое поведение испытываемых VFдемпферов [76].Было установлено, что VF демпферы с нелинейными характеристиками оченьнадежны [68].

Медицинский центр округа Сан-Бернардино в Калифорнии - этопятиэтажный комплекс, в котором используются 400 высоконапорных резиновых29подшипников и 233 нелинейных VF демпферов с α = 0,5. Кроме того, исследованияпо сейсмической модернизации подвесной части моста «Golden Gate» в СанФранциско привели к выводу, что использование VF демпферов с α = 0,75 даетжелаемую эффективность [72].В ряде случаев VF демпферы использовались совместно с системамисейсмической изоляции. Например, VF демпферы были включены в системувиброизоляции пяти зданий нового медицинского центра округа Сан-Бернардино,расположенного близко к двум основным линиям разломов в 1995 году [77].Демпферы вязкого трения использовались в некоторых высоких инженерныхсооружениях,подверженныхпорывистомуветру,чтобыпротивостоятьдинамическим нагрузкам, в Китае, включая Пекинский Интайский центр, зданиеЙидженюань города Хуайин, здание Пекинского выставочного центра, центральноездание башни Пекинского Иньтайского центра [59].Изучение 9-этажного здания с демпферами вязкого трения, установленными на5-м и 9-м этажах, показало 32% -ное сокращение перемещений и 53% -ноеуменьшение ускорений на 5-м этаже.

Снижение на 36% и 75% перемещений иускорений соответственно наблюдалось на 9-м этаже [63].30ГЛАВА2.РАСЧЕТИАНАЛИЗЛИНЕЙНЫХСИСТЕМВИБРОЗАЩИТЫ В ЭКСПЛУАТАЦИОННОМ И ПЕРЕХОДНЫХРЕЖИМАХОсновные зависимости для ПФ и ИПФ, которые приведены в этой главе иполучены при решении линейных задач, также являются основными зависимостями,которые определяют характер алгоритмов расчета нелинейных систем.Дано решение практически важной задачи о плоских колебаниях массивных тел припроизвольном смещении основания.2.1 Вертикальные колебания виброзащитных систем2.1.1 Периодические (гармонические) воздействияРисунок 2.1– a) традиционная система с ОСС; б) двухмассовая схема виброзащиты,которую можно рассматривать как систему с гасителем.Варианты схем виброзащиты, показанные на рисунке2.1, являютсярасчетными для одномассовой и двухмассовой систем.

Вторая схема может бытьрасчетной для двухзвенной виброизоляции и системы с динамическим гасителем,причем в качестве гасителя могут рассматриваться обе массы.31Система с ОСС (рисунок 2.1а)Решение уравнения движения системы с ОССdm1 у  1  2v  k1 y  q(t );dt (2.1)"записывается в виде интеграла Дюамеля" [34]yл 1 tq()e n1 (t ) sin p1* (t  )d  .* 0p1 m(2.2)Для простоты вычисления интегралов (3.23) ИПФ разделяют на части, зависящиеисключительно от t или τ.Окончательно можно записатьyл 1 tq()e n1 (t ) (sin p1*t cos p1*  cos p1*t sin p1*)d  * 0p1 m1 d1  t  F2  t   d 2  t  F1  t  ;mp1 (2.3)где 2n1  vp12 , p1*  p12  n12 ;(2.4)d1  e n1t sin p1t ; d2  e n1t cos p1t ;(2.5)F1 (t )  0 q()  en1 sin p1*d  ; F2 (t )  0 q()  en1 cos p1*d  ;tt(2.6)2Для модифицированной гипотезы Фойгта принимают n1  p1 [34]Система с ДСС (рисунок 2.1б)Уравнения движения системы имеет вид:dm1 у1  1  2v1  k1 ( y1  y2 )  q1 (t ) ;dt ddm2 у2  1  2v1  k1 ( y1  y2 )  1  2v2  k2 ( y2 ) y2  q2 (t ) ;dt dt (2.7)"где mi , vi , ki ( i =1, 2) - соответственно характеристики масс, диссипации и жесткостисистемы; yi ( i =1, 2) - перемещения масс системы;32qi  t  - внешняя нагрузка, действующая на массы" [34].Для расчета системы в переходных режимах следует воспользоваться ИПФ,приведенными, в частности, в [34] и первой главе работы:2kи21  kи12  N1  (1)r 1r 12kи11  N1  (1)r 1r 12kи22  N1  (1)r 1r 1k1  nr te sin pr*t ;*pr(2.8)k1  k2  m2 pr2  nr te sin pr*t ;*pr(2.9)k1  m1 pr2  nr te sin pr*t ;pr*(2.10)где kи12 = kи21 - перемещение массы m1 при действии единичного импульса на массуm2 или перемещение массы m2 при действии импульса на массу m1 ;kи11- перемещение массы m1 при действии импульса на массу m1;kи22 - перемещение массы m2 при действии импульса на массу m2;N1 2p01111;222m1m2 ( p2  p1 ) m2 2 H1 p01 2m2 H1 (h1s1 ) 2H1   1  h1s1  412nr  pr , p*r 2(2.11)km; 1  h1  h1s1  1; s1  2 ; h1  1 .k1m2p r2  nr2(2.12)pr - круговые частоты собственных колебаний системы с ДСС, вычисляемые изуравнения:2 22 2p 4  1 p01p  p01p02  0 по формуле(2.13)2p1(2) 1 2(2.14) 2,H1  p01Перемещения системы вычисляются из зависимостиn tyij    q j ()kиij (t  )d ,i, j  1, 2j 1 0гдеkиij  ИПФ(2.8) - (2.10).(2.15)33Перемещения у11 и у21 и у22 вычислим по (2.15) с учетом зависимостей для ИПФ(2.8) - (2.10):2 ty11    q j ()kи11 (t  )d  ;(2.16)r 1 02 ty12  y21    q j ()kи21 (t  )d  ;(2.17)r 1 02 ty22    q j ()kи22 (t  )d  ;(2.18)r 1 0(j=1или 2)где y11 - перемещения массы m1 при действии нагрузки q1 на m1; y12 - перемещениямассы m1 при действии нагрузки q2 на m2; y21 - перемещения массы m2 при действиинагрузки q1 на m1; y22 - перемещения массы m2 при действии нагрузки q2 на m2.При преобразованиях, изложенных ранее подобно в (2.2), можно записать, вчастности,2 tt2r 1 00r 1y11    q j ()kи11 (t  )d   N1  q j ()  (1)r 1k1  k2  m2 pr2  nr (t )esin pr* (t  ) d pr*(2.19)Для простоты вычисления интегралов (2.19) ИПФ разделяют на части, зависящиеисключительно от t или τ.

Характеристики

Список файлов диссертации