一种金属阻尼器的设计方法

摘要

本发明属于土木、建筑、结构工程减震技术领域，具体涉及一种用于减隔震装置、支座、防撞装置等减震消能结构中的金属阻尼器的设计方法。该阻尼器由月牙形金属板和两端连接耳板组成，为一体成型结构；所述月牙形金属板为阻尼器核心耗能部分，其中心线为一椭圆形弧线段，可以为对称或非对称结构，截面为变宽度设计，采用等刚性计算方法确定，呈中间宽两端窄的形式。设计时，首先根据所需安装尺寸确定阻尼器中心线的参数；其次利用截面宽度计算公式求得阻尼器截面宽度与圆心角的对应关系；然后根据公式计算一次刚度、极限弹性变形；最后根据所需固定螺栓或销钉的大小，确定阻尼器连接耳板处的尺寸。本发明采用等刚性设计方法，使阻尼器发生变形时各截面同步进入塑性阶段，可实现较大变形，同时能有效提高阻尼比。

主权项

一种金属阻尼器的设计方法，其特征在于：阻尼器的C形金属板为一变宽度的等厚金属板，其外形曲线及刚度的设计包括以下步骤：第一步：求解阻尼器内、外轮廓曲线；(a)根据安装尺寸的要求确定阻尼器椭圆中心线的长轴a、短轴b，椭圆弧起点、终点对应于椭圆参数方程中的圆心角θ_S、θ_E；(b)根据等刚性设计方法，建立阻尼器力学模型，得出阻尼器截面宽度H_θ随圆心角θ的变化关系，具体如下：$H_{\theta }=\frac{F_{n\theta }+\sqrt{{F_{n\theta }}^2+24·{\sigma }_y·B·M_{\theta }}}{2·{\sigma }_y·B}---\left(1\right)$其中：B为阻尼器设计厚度；σ_y为材料屈服强度；Fy为设计屈服力；$\alpha =\arctan \left(\frac{b({\mathrm{sin\theta }}_S-{\mathrm{sin\theta }}_E)}{a({\mathrm{cos\theta }}_S-{\mathrm{cos\theta }}_E)}\right)---\left(2\right)$$F_{n\theta }=F_y·cos\left(\arctan \right(\frac{tan\alpha +\frac{b·\cot \theta }{a}}{1-tan\alpha ·\frac{b·\cot \theta }{a}}\left)\right)---\left(3\right)$$M_{\theta }=F_y·\frac{|a·tan\alpha ·cos\theta -b·sin\theta +b·{\mathrm{sin\theta }}_S-a·tan\alpha ·{\mathrm{cos\theta }}_S|}{\sqrt{{\tan }^2\alpha +{(-1)}^2}}---\left(4\right)$(c)根据固定螺栓或销钉的材料强度、加工水平及设计需求等确定连接耳板处的开孔及外形尺寸；第二步：求解阻尼器设计刚度(a)根据能量法原理，建立阻尼器变性能计算模型，得出弹性变形极限Ux计算公式如下：$U_x={ϵ}_y·\frac{2·{{\Delta }_{{\theta }_m}}^{0.5}}{H_{\max }·({\tan }^2\alpha +1)}·{\int }_{{\theta }_S}^{{\theta }_E}{{\Delta }_{\theta }}^{0.5}·\sqrt{{(-a·cos\theta )}^2+{(b·sin\theta )}^2}{d}_{\theta }---\left(5\right)$其中：εy为材料的屈服应变；$H_{max}=\sqrt{\frac{6}{B·{\sigma }_y}·\frac{F_y·{\Delta }_{{\theta }_m}}{\sqrt{{\tan }^2\alpha +{(-1)}^2}}}---\left(6\right)$ Δ_θ＝|a·tanα·cosθ‑b·sinθ+b·sinθ₀‑a·tanα·cosθ₀|     (7)${\Delta }_{{\theta }_m}=|a·tan\alpha ·{\mathrm{cos\theta }}_m-b·{\mathrm{sin\theta }}_m+b·{\mathrm{sin\theta }}_0-a·tan\alpha ·{\mathrm{cos\theta }}_0|---\left(8\right)$${\theta }_m=\arctan \frac{-b}{a·tan\alpha }---\left(9\right)$(b)求出阻尼器的一次刚度计算公式：$K_1=\frac{F_y}{U_x}---\left(10\right).$