顆粒阻尼建模仿真及工程應(yīng)用.pdf

1、顆粒阻尼技術(shù)是一種較新型的阻尼技術(shù)，它是將金屬或非金屬顆粒按一定的填充率放入振動(dòng)結(jié)構(gòu)的空腔或附加空腔內(nèi)，在主結(jié)構(gòu)的振動(dòng)過(guò)程中，誘發(fā)顆粒與顆粒以及顆粒與空腔內(nèi)壁之間的非彈性碰撞和摩擦，以此產(chǎn)生阻尼效應(yīng)，同時(shí)顆粒與主結(jié)構(gòu)之間進(jìn)行的動(dòng)量交換也能夠起到抑制振動(dòng)的作用。顆粒阻尼具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、減振頻帶寬、適應(yīng)惡劣環(huán)境（高溫、腐蝕等）以及價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，因此引起國(guó)內(nèi)外學(xué)者越來(lái)越多的關(guān)注。
　　為了擴(kuò)展顆粒阻尼技術(shù)的應(yīng)用范圍，針對(duì)顆粒阻尼存在的缺

2、陷，本文從工程應(yīng)用的實(shí)際需求出發(fā)，運(yùn)用理論、仿真和試驗(yàn)相結(jié)合的方式對(duì)顆粒阻尼進(jìn)行研究，主要工作如下：
　　1、失重狀態(tài)下顆粒阻尼的仿真研究。利用離散單元法對(duì)處于零重力下的阻尼顆粒的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)和阻尼特性進(jìn)行仿真研究，研究結(jié)果表明對(duì)于處在失重狀態(tài)下的顆粒阻尼器，當(dāng)顆粒層與阻尼器空腔的間隙過(guò)大或阻尼器的振動(dòng)水平較小時(shí)，顆粒將形成一個(gè)松散的“云團(tuán)”，懸浮于容器的中央，阻尼器無(wú)法將能量注入給顆粒，顆粒之間的相互作用不明顯，阻尼效果無(wú)法得到發(fā)揮

3、。因此只有在大填充率或大振幅下顆粒阻尼才能充分發(fā)揮其阻尼效應(yīng)，這與地面上顆粒阻尼的耗能特性有顯著的不同。在零重力環(huán)境下，為了提高阻尼器在小振幅或低填充率時(shí)的耗能能力，我們提出了一種顆粒阻尼器的改進(jìn)方法，即在阻尼容器中安裝擾動(dòng)器來(lái)打破懸浮的顆粒“云團(tuán)”，結(jié)果證明這是一種可大幅度提高阻尼性能的簡(jiǎn)單而有效的方法；
　　2、基于粉體力學(xué)模型的顆粒阻尼研究。利用粉體力學(xué)建立了顆粒阻尼的一個(gè)理論模型，并與DEM仿真相結(jié)合，研究了圓柱形顆粒阻尼

4、器的尺寸、振動(dòng)強(qiáng)度及激勵(lì)方向?qū)︻w粒阻尼器阻尼特性的影響。研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于不同內(nèi)徑的圓柱形阻尼器，當(dāng)受到軸向激勵(lì)時(shí)，內(nèi)徑大的阻尼器由固態(tài)進(jìn)入液態(tài)、氣態(tài)所需要的振動(dòng)強(qiáng)度更小，也就說(shuō)明在受到同樣大小的軸向振動(dòng)時(shí)，內(nèi)徑大的阻尼器耗能效果更好，這一結(jié)論可以作為顆粒阻尼器設(shè)計(jì)的一個(gè)準(zhǔn)則，即在主結(jié)構(gòu)振動(dòng)水平較低時(shí)，盡可能的增大阻尼器的內(nèi)徑，更有助于顆粒阻尼發(fā)揮其耗能特性。
　　3、顆粒阻尼吸振器的試驗(yàn)研究。為了解決傳統(tǒng)顆粒阻尼器在微振動(dòng)環(huán)境中（振

5、動(dòng)加速度A a?1g）不能發(fā)揮阻尼減振作用的缺陷，利用動(dòng)力吸振器的振動(dòng)控制原理，提出一種新型的顆粒阻尼器——顆粒阻尼吸振器。并通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了其阻尼減振效果。試驗(yàn)結(jié)果表明，在傳統(tǒng)顆粒阻尼器無(wú)法工作的微振動(dòng)環(huán)境中，顆粒阻尼吸振器一方面作為吸振器能夠吸收主系統(tǒng)的能量，另一方面由于彈性支撐的放大作用使得顆粒阻尼器的局部振動(dòng)強(qiáng)于主系統(tǒng)，顆粒阻尼的耗能特性也能夠得到發(fā)揮；在達(dá)到傳統(tǒng)阻尼器的工作條件時(shí)，相同振動(dòng)強(qiáng)度下顆粒阻尼吸振器的減振效果明顯優(yōu)于傳

6、統(tǒng)顆粒阻尼器；4、顆粒阻尼器的近似理論模型研究。對(duì)于具有高度非線性動(dòng)力學(xué)特性的顆粒阻尼器，提出一種2-dof的近似模型，該簡(jiǎn)化模型能夠很好的反映顆粒阻尼器的耗能特點(diǎn)。將該模型應(yīng)用于顆粒阻尼吸振器系統(tǒng)的理論建模，發(fā)現(xiàn)理論計(jì)算的頻響函數(shù)與試驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)吻合程度很高。此外，研究還發(fā)現(xiàn)了顆粒阻尼器等效模型中的三個(gè)主要參數(shù)隨著振動(dòng)加速度增加的變化規(guī)律，特別是顆粒阻尼器的等效粘性阻尼系數(shù)c eq，其隨振動(dòng)加速度的變化符合Gamma分布;