《非粘滯阻尼力模型及其結構動力回響分析方法研究》是依託哈爾濱工業大學，由段忠東擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：非粘滯阻尼力模型及其結構動力回響分析方法研究
- 外文名：Study on "non-viscous damping force model" and its structural dynamic response analysis method
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：段忠東
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目針對現有粘滯阻尼力模型對結構阻尼機制描述的不足、新材料和新技術在現代結構體系中的套用給阻尼模擬帶來的挑戰，研究一類非粘滯阻尼機制，發展相應的阻尼力模型及其參數識別方法和相應的結構動力回響分析方法。研究內容包括：1.試驗研究粘彈性等阻尼材料的阻尼特性，採用非粘滯阻尼理論建立和發展一類新的非粘滯阻尼力模型。2.研究非粘滯阻尼力模型的復模態分析方法，發展阻尼力模型參數的識別方法；3.研究耦合了非粘滯阻尼力模型的結構動力回響的分析方法，重點發展動力回響分析的時間離散數值算法。4.將粘彈性材料、增強阻尼混凝土等材料引入模型結構，通過試驗驗證所發展的阻尼力模型及其相關算法。本項目的研究將深化對阻尼機理的認識，豐富結構的阻尼力模型，完善和發展結構動力回響分析方法，提高結構抗災動力回響分析的精細化水平，推動新材料和新技術在現代土木工程結構中的套用。
結題摘要
工程結構在風、地震等動力荷載作用下的回響是結構抗災分析和設計的重要內容。給定荷載作用下，結構質量、剛度和阻尼是影響結構動力回響的主要因素。在結構分析中，前二者都能很清楚地確定，然而由於阻尼機制的複雜性和多樣性，工程上為了處理方便，通常將阻尼力簡化為粘滯阻尼力來處理。本項目採用理論分析、試驗和數值方法研究了一種卷積型非粘滯阻尼模型。主要研究內容分為四個方面：1. 研究了該阻尼模型描述的阻尼機理、回響特點以及與粘滯阻尼模型機理的異同；2. 研究了該阻尼模型的參數識別方法；3. 研究了採用該類阻尼模型的結構動力回響分析方法；4. 試驗研究驗證了該模型對常見的阻尼材料阻尼力的描述能力。 首先，理論上，卷積型非粘滯阻尼模型對結構的阻尼機理描述具有更好的普適性，它可退化得到常用的粘滯阻尼模型。與粘滯阻尼模型相比，試驗研究表明非粘滯阻尼模型具有同等或更好的描述能力（取決於阻尼材料或者機理）；在相同阻尼比情況下，由於該模型“鬆弛”效應，非粘滯阻尼模型系統的回響比相應的粘滯阻尼系統回響大，影響程度及回響相位差與結構自振周期之比有關；在過阻尼情況下（ζ＞1），非粘滯阻尼系統仍然可能產生振動。 研究提出了兩種卷積型非粘滯阻尼系統參數識別方法，包括：非粘滯阻尼系統阻尼係數識別的拉普拉斯域方法和指數型非粘滯阻尼模型的鬆弛因子的識別方法。數值仿真和試驗研究表明,該方法能有效地識別這種非粘滯阻尼模型的阻尼係數；當阻尼的非粘滯性不強時,其得到的結果與已有方法對粘滯阻尼參數識別結果一致。 研究提出了三種包括該阻尼模型的結構動力回響分析方法，包括：基於Volterra積分方程Taylor展開的卷積型非粘滯阻尼系統回響的時程分析方法，非粘滯阻尼系統時程回響分析的精細積分方法和微分求積求解算法。採用後一種算法，建立了一套可將該阻尼模型及其求解算法嵌入通用有限元軟體的結構動力回響求解系統，用於複雜結構動力回響分析，並對某大型複雜超高層建築結構的風振回響進行了分析。 針對建築結構常用的粘彈性阻尼和粘滯阻尼材料，分別對進行了阻尼器性能試驗；套用卷積型非粘滯阻尼理論建立其阻尼力模型，並確定其參數；分別對安裝了這兩種阻尼器的鋼框架進行了振動台試驗，將測試的結果回響與數值分析結果進行對比，驗證了該模型對這兩種阻尼材料的描述能力和精度。
