一种液固耦合型隔震器设计方法

本发明属于工业建筑、民用建筑、桥梁等建筑隔震设计领域，更具体地涉及一种液固耦合型隔震器设计方法。

背景技术：

1、传统的地基防爆抗震一般采用钢弹簧或钢丝绳作为隔震装置。其中，钢丝绳隔震器由于其体积小、重量轻、寿命长以及隔震效率高(可达80％以上)等特点，现已被广泛应用于防护工程爆炸震动的隔震。根据相关研究表明，在传统隔震器中加入不同性能参数的液体材料，液体材料为具有明显阻尼非线性特性和较好的抗冲击性能的剪切增稠阻尼液，可以更好的拓宽隔震器的工作范围，从而提升减振系统的性能。

2、中国非专利文献2001年第28卷第1期公开了一种《多介质耦合型非线性隔振器参数优化设计研究》隔振器设计方法，并提出了一种含有平方阻尼、线性阻尼、库伦阻尼及非线性弹性元件等多介质耦合型非线性隔振器的数学模型，从理论上讨论了非线性特性参数变化引起的性能变化，研究非线性刚度、非线性阻尼的匹配设计可控性。

3、然而实际工程应用中，数学模型获得的计算结果与实际工程应用存在较大差异，难以满足工程抗震强度要求。

技术实现思路

1、本发明目的是一种液固耦合型隔震器设计方法，采用该设计方法能够快速、准确验证液固耦合型隔震器隔震性能，保证工程应用抗震强度要求。为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

2、一种液固耦合型隔震器设计方法，所述液固耦合隔震器具体为q型钢丝绳液力阻尼隔震器或t型钢丝绳液力阻尼隔震器，液固耦合隔震器包括钢丝绳隔震体、中间板、剪切增稠阻尼器、金属橡胶、底板，钢丝绳隔震体以q型或t型方式固定于中间板上，钢丝绳隔震体、中间板之间设置剪切增稠阻尼器，中间板设置于底板内，中间板、底板之间设置金属橡胶，冲击激励通过钢丝绳隔震体、剪切增稠阻尼器、金属橡胶被吸收或传递至地面；所述设计方法如下：

3、步骤1：通过计算公式(1)计算钢丝绳隔震体动刚度kd；

4、kd＝1000ft/x0 (1)

5、其中，x0为钢丝绳隔震体弹性力幅值，ft为钢丝绳隔震体位移幅值；

6、步骤2：根据步骤1中的钢丝绳隔震体动刚度计算结果通过公式(2)计算钢丝绳钢丝绳隔震体固有频率f；

7、

8、其中，m1为为钢丝绳钢丝绳隔震体质量；

9、步骤3：通过公式(3)计算钢丝绳钢丝绳隔震体在不同冲击力激励频率下的传递率ta；

10、

11、其中，z为冲击力激励频率与系统固有频率f之比；ξ为阻尼比；

12、步骤4：通过公式(4)计算冲击力激励za下钢丝绳隔震体阻尼效应；

13、

14、其中为冲击力激励与钢丝绳隔震体的相对位移；为冲击力激励与钢丝绳隔震体的相对速度；为冲击力激励与钢丝绳隔震体的相对加速度；za为冲击力激励，k为钢丝绳隔震体动刚度，c为钢丝绳隔震体阻尼力系数；

15、通过公式(5)计算冲击力激励za下液固耦合型隔震器阻尼效应；

16、

17、其中，m2为液固耦合型隔震器质量；k为液固耦合型隔震器中钢丝绳隔震器动刚度；vc为剪切增稠阻尼器中剪切增稠阻尼液临界速度；c1为剪切增稠阻尼器中的第一段剪切增稠液阻尼力系数；c2为剪切增稠阻尼器中的第二段剪切增稠液阻尼力系数；n1为剪切增稠阻尼器中的第一段剪切增稠液阻尼力指数；n2为剪切增稠阻尼器中的第二段剪切增稠液阻尼力指数；满足

18、步骤5：调整冲击力激励za的脉宽，按步骤1至4计算弹簧—剪切增稠阻尼、普通弹簧阻尼ξ＝0.05、普通弹簧阻尼ξ＝0.1、弹簧阻尼—剪切增稠阻尼的阻尼效应，获得不同冲击激励的脉宽下位移响应分析图谱；

19、步骤6：调整剪切增稠阻尼器中剪切增稠液黏度系数，按步骤1至4计算弹簧—剪切增稠阻尼、普通弹簧阻尼ξ＝0.05、普通弹簧阻尼ξ＝0.1、弹簧阻尼—剪切增稠阻尼的阻尼效应，获得液固耦合隔震器冲击位移响应图谱；

20、步骤7：根据不同冲击激励的脉宽下位移响应分析图谱、液固耦合隔震器冲击位移响应图谱确定钢丝绳隔震体、剪切增稠阻尼器的性能参数，性能参数包括但不限于步骤1至步骤6中所涉及的参数。

21、进一步地，剪切增稠阻尼液具体为聚异丁烯或二甲基硅油。

22、进一步地，剪切增稠阻尼器中剪切增稠液黏度系数具体包括剪切增稠液第一段黏度系数、剪切增稠液第二段黏度系数。

23、进一步地，冲击力激励za具体为一个半正弦脉冲信号加上一段幅值较小的余波信号。

24、进一步地，冲击激励的脉宽调整范围为10～40ms，激励幅值加速度为10g。

25、进一步地，液固耦合型隔震器采用钢丝绳、剪切增稠阻尼液耦合方式，具体为q型钢丝绳隔震体四周并排设置竖直的剪切增稠阻尼器，或q型钢丝绳隔震体形成鼓形的中心位置竖直设置剪切增稠阻尼器。

26、进一步地，液固耦合型隔震器可以为t型钢丝绳隔震体两侧竖直设置剪切增稠阻尼器；为了扩大液压阻尼器的有效行程，t型钢丝绳隔震体两侧斜立式设置剪切增稠阻尼器，液固耦合型隔震器阻尼系数通过安装角度等结构参数来调节。

27、进一步地，金属橡胶具体为多孔的功能性结构阻尼材料，由不锈钢金属丝经过选丝、绕丝、拉伸、毛坯编织和模压成型、清洗等过程制作而成，所述金属橡胶设置于剪切增稠阻尼器底部。

28、根据一种液固耦合型隔震器设计方法设计出的液固耦合型隔震器的试验方法，包括：

29、(1)q型钢丝绳隔震体或t型钢丝绳隔震体有限元分析，确定钢丝绳隔震体固有频率；

30、(2)q型钢丝绳隔震体或t型钢丝绳隔震体隔震测试，实测钢丝绳隔震体固有频率；

31、(3)液固耦合型隔震器力锤敲击试验，确定在不同冲击力激励za下弹簧—剪切增稠阻尼、普通弹簧阻尼ξ＝0.05、普通弹簧阻尼ξ＝0.1、弹簧阻尼—剪切增稠阻尼的不同冲击激励的脉宽下位移响应分析图谱、液固耦合隔震器冲击位移响应图谱；

32、(4)q型钢丝绳隔震体或t型钢丝绳隔震体加颗粒阻尼试验，确定剪切增稠阻尼器中剪切增稠阻尼液的第一段黏度系数、剪切增稠液第二段黏度系数；

33、(5)采用侵入法，即将液固耦合型隔震器放置于聚异丁烯或硅油剪切增稠液中，增加钢丝绳的运动来扰动调节剪切增稠液阻尼液临界速度vc，调试液固耦合型隔震器非线性阻尼特性。

34、有益效果：本发明所提供的一种液固耦合型隔震器设计方法，能够缩短液固耦合型隔震器工程样机制备周期，对设计方案进行快速验证，且能够在满足强度要求的前提下，尽可能的减少材料的使用量，降低了液固耦合型隔震器的开发制造成本。液固耦合型隔震器工程样机制造出来后，理论与实际相结合，将液固耦合型隔震器运用于实际试验中，进一步验证液固耦合型隔震器的强度。

技术特征：

1.一种液固耦合型隔震器设计方法，所述液固耦合隔震器具体为q型钢丝绳液力阻尼隔震器或t型钢丝绳液力阻尼隔震器，其特征在于，液固耦合隔震器包括钢丝绳隔震体、中间板、剪切增稠阻尼器、金属橡胶、底板，钢丝绳隔震体以q型或t型方式固定于中间板上，钢丝绳隔震体、中间板之间设置剪切增稠阻尼器，中间板设置于底板内，中间板、底板之间设置金属橡胶，冲击激励通过钢丝绳隔震体、剪切增稠阻尼器、金属橡胶被吸收或传递至地面；

2.根据权利要求1所述的一种液固耦合型隔震器设计方法，其特征在于，剪切增稠阻尼液具体为聚异丁烯或二甲基硅油。

3.根据权利要求1所述的一种液固耦合型隔震器设计方法，其特征在于，剪切增稠阻尼器中剪切增稠液黏度系数具体包括剪切增稠液第一段黏度系数、剪切增稠液第二段黏度系数。

4.根据权利要求1所述的一种液固耦合型隔震器设计方法，其特征在于，冲击力激励za具体为一个半正弦脉冲信号加上一段幅值较小的余波信号。

5.根据权利要求1所述的一种液固耦合型隔震器设计方法，其特征在于，冲击激励的脉宽调整范围为10～40ms，激励幅值加速度为10g。

6.根据权利要求1所述的一种液固耦合型隔震器设计方法，其特征在于，液固耦合型隔震器采用钢丝绳、剪切增稠阻尼液耦合方式，具体为q型钢丝绳隔震体四周并排设置竖直的剪切增稠阻尼器，或q型钢丝绳隔震体形成鼓形的中心位置竖直设置剪切增稠阻尼器。

7.根据权利要求1所述的一种液固耦合型隔震器设计方法，其特征在于，液固耦合型隔震器可以为t型钢丝绳隔震体两侧竖直设置剪切增稠阻尼器；为了扩大液压阻尼器的有效行程，t型钢丝绳隔震体两侧斜立式设置剪切增稠阻尼器，液固耦合型隔震器阻尼系数通过安装角度等结构参数来调节。

8.根据权利要求1所述的一种液固耦合型隔震器设计方法，其特征在于，金属橡胶具体为多孔的功能性结构阻尼材料，由不锈钢金属丝经过选丝、绕丝、拉伸、毛坯编织和模压成型、清洗等过程制作而成，所述金属橡胶设置于剪切增稠阻尼器底部。

9.根据权利要求1至8所述的一种液固耦合型隔震器设计方法设计出的液固耦合型隔震器的试验方法，其特征在于，包括：

技术总结
本发明提供了一种液固耦合型隔震器设计方法，液固耦合隔震器包括钢丝绳隔震体、中间板、剪切增稠阻尼器、金属橡胶、底板，冲击激励通过钢丝绳隔震体、剪切增稠阻尼器、金属橡胶被吸收或传递至地面，以理论计算与试验测试相结合的方式设计出液固耦合型隔震器，能够缩短液固耦合型隔震器工程样机制备周期，对设计方案进行快速验证，且能够在满足强度要求的前提下，尽可能的减少材料的使用量，降低了液固耦合型隔震器的开发制造成本。

技术研发人员：姚术健,王延靖,孙成名,赵楠
受保护的技术使用者：中南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11