工程结构黏滞消能减振技术的能量耗散率研究

在工程结构中设置黏滞阻尼器主要是用来耗散外界环境（如地震、风等）输入的能量，从而降低被控结构对外界激励的动力响应，保证结构的安全性或舒适性等正常使用的要求，因此，黏滞阻尼器耗能能力的大小、耗能效率的高低就成为评价其性能优劣的重要标准之一。

对于本研究研制的黏滞阻尼器，其性能兼有黏性和弹性特征，故需要进一步研究这两个特性对阻尼器耗能能力的影响。

假定

可以得到

根据式（6-51）可以看出，提高γ1的值或降低γ2的值，都会使λ值增大，使阻尼器总体的耗能能力增强。因此，采用黏滞耗能能力强的阻尼介质（具有较大的值），或减少阻尼介质中混入气体的数量（减少阻尼介质的体积弹性模量损失，提高Ke的值），可以有效提高黏滞阻尼器对输入能量的耗散能力。

式（6-51）能够较好地反映修正后的模型中各参量对阻尼器耗能能力的影响，但是不便于通过试验的方法对阻尼器的性能进行评价。因此，采用式（6-52）作为衡量黏滞阻尼器耗能能力强弱的标准。

式中，η——阻尼器能量耗散率；

Ed——阻尼器耗散的能量；

Ei——外界输入的能量。

阻尼器耗散的能量Ed可以直接由试验采集的数据（输出阻尼力及对应的位移）求得。外界输入的能量Ei可以根据不考虑阻尼介质黏弹性效应及介质中混入气体影响的阻尼器力学模型[如式（3-50）等]得到。

阻尼器性能试验通常采用不同频率和幅值以正弦规律变化的控制位移作为加载工况，现以采用幂律流体为阻尼介质的细长孔式黏滞阻尼器为例，试验中加载设备对阻尼器在一个周期内输入的能量为

式（6-53）积分后可以得到[14](www.xing528.com)

其中

式中Γ（）为伽马函数。

由此，通过对式（6-52）及其相关参数的计算，可以对黏滞阻尼器的耗能能力做出一个比较客观的评价。

当α=1时，根据式（6-55）有β=1，可得加载设备对线性黏滞阻尼器在一个正弦加载周期内输入的能量为

以阻尼器S3和S15为例，阻尼器S3在f=0.5 Hz、u0=±20 mm的正弦激励作用下，一个加载周期内输入的能量为Ei=1.867×106J，阻尼器耗散的能量Ed=1.865×106J，其所对应的能量耗散率η=0.994；阻尼器S3在f=1.0 Hz、u0=±5 mm的工况下，输入的能量为Ei=2.118×105J，耗散的能量为Ed=2.106×105J，其对应的能量耗散率η=0.994；阻尼器S15在f=0.5 Hz、u0=±20 mm的工况下，一个加载周期内输入的能量为Ei=2.851×106J，阻尼器耗散的能量Ed=2.827×106J，其对应的能量耗散率η=0.991；阻尼器S15在f=1.0 Hz、u0=±5 mm的工况下，输入的能量为Ei=4.344×105J，耗散的能量为Ed=4.085×105J，对应的能量耗散率η=0.940。由此可见，本研究研制的黏滞阻尼器能够有效地耗散外界输入的能量。由结果还可看出，阻尼器黏弹性效应的大小对其能量耗散率产生一定程度的影响，随着阻尼介质黏度的增加以及加载频率的提高，能量耗散率有所下降。

也有研究者提出以下评价公式[15]：

式中，Fmax、Fmin——分别为阻尼器的最大和最小输出力；

Dmax、Dmin——分别为阻尼器的最大和最小位移。

令式（6-54）中α=0，则有，可以得到加载设备对摩擦型阻尼器在一个正弦加载周期内输入的能量为

将式（6-58）代入式（6-52）即可得到与式（6-57）类似的结果。