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  帶顆粒減振劑的碰撞阻尼在傳統碰撞阻尼結構中填充了微細顆粒作為減振劑,其主要的耗能機理是在制震阻尼器振動過程中,鋼球的撞擊使夾在其間的作為減振劑的微細顆粒產生塑性變形,從而永久性地消耗掉振動能量。鋼球夾擊顆粒屬於多體彈塑性碰撞問題,采用等代參數法利用已有的兩球彈塑性碰撞模型快速求出了在單個碰撞周期中顆粒夾擊過程的能量損耗因子,討論了該方法的適用性並分析了顆粒夾擊過程中各主要參數特別是顆粒與沖擊器直徑比以及顆粒材料的影響。

  顆粒和球直徑比在 1/200~1/10 時,結構補強顆粒和球直徑比對能量損耗因子影響並不大;顆粒材料對能量損耗因子影響也不大,所以采用較小粒徑的顆粒或更換顆粒材料將不會顯著增加耗能效果。盡管給出了上述理論預測結果,但這些結果並未通過實驗給予驗證。

  等代參數法是建立在彈塑性分析的基礎之上的,一般來說只適用於金屬材料,而本文中的實驗結果表明,非金屬顆粒材料同樣具有良好的耗能性能,可以充當顆粒減振劑,其機理有待進一步的研究。帶顆粒減振劑的碰撞阻尼器對不同大小的沖擊器和不同材料類型的顆粒均有較好的適應性,這一特性大大方便了顆粒減振劑的碰撞阻尼器的設計和制造。

  大顆粒的影響

  10 mm 鋼球與石英砂的組合,制震阻尼器減振效果並不理想,減振率只有 10.3%。經檢查,阻尼器內徑 12 mm,加入 10 mm 鋼球後,間隙為 2 mm,而石英砂的顆粒直徑最大也在 2 mm 左右,振動開始後石英砂顆粒與 10 mm 鋼球卡死在阻尼器中,使阻尼器無法實現碰撞,喪失了通過碰撞減振的功能。這個實例提醒我們,在阻尼器的設計過程中,應考慮沖擊器直徑、 顆粒減振劑的直徑以及阻尼器內徑三者之間的匹配,避免造成沖擊器與顆粒卡死在阻尼器中的現象發生。

  1)帶顆粒減振劑的碰撞阻尼具有良好的減振性能,其減振效果好於傳統的只帶沖擊器的碰撞阻尼器和只帶顆粒的顆粒阻尼器;

  2)沖擊器的直徑對帶顆粒減振劑的碰撞阻尼的減振性能影響不大;

  3)顆粒的材料類型對帶顆粒減振劑的碰撞阻尼的減振性能影響不大,在設計阻尼器時不僅可以選用金屬顆粒,還可以選用非金屬顆粒;

  4)在阻尼器設計時,沖擊器直徑和顆粒直徑應與阻尼器內徑協調,以避免出現卡死現象。

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