隔震裝置阻尼機(jī)構(gòu)的參數(shù)設(shè)計(jì)與振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)

摘要

為了改善浮放物體隔震裝置中阻尼力的施加方式，研制出一款阻尼機(jī)構(gòu)。對(duì)其構(gòu)造和工作機(jī)理進(jìn)行闡述，推導(dǎo)出了它的力學(xué)特征表達(dá)式，并驗(yàn)證了分析模型的準(zhǔn)確性。結(jié)合某文物隔震裝置的目標(biāo)性能，利用數(shù)值方法對(duì)阻尼機(jī)構(gòu)的參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對(duì)比振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)。結(jié)果表明：該阻尼機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定；經(jīng)阻尼參數(shù)優(yōu)化后的隔震裝置在滿(mǎn)足位移限值的情況下達(dá)到了設(shè)定的隔震目標(biāo)；試驗(yàn)與數(shù)值分析結(jié)果相吻合，證明了阻尼機(jī)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)的正確性，同時(shí)也檢驗(yàn)了隔震裝置的安裝和運(yùn)行質(zhì)量。其中，試驗(yàn)與數(shù)值分析結(jié)果的吻合程度，尤其是位移時(shí)程曲線(xiàn)的吻合程度，可為浮放物體隔震裝置的方案對(duì)比和質(zhì)量評(píng)估提供思路。

關(guān)鍵詞

隔震裝置; 阻尼機(jī)構(gòu); 數(shù)值分析; 振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn); 絲杠; 浮放物體

引 言

以浮放方式放置于基礎(chǔ)平臺(tái)上的物體，如文物、藝術(shù)品、儀器設(shè)備等容易在地震作用下造成損壞［1?4］。近些年來(lái)，隨著隔震技術(shù)的發(fā)展以及保護(hù)理念的提升，國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)浮放物體的防震保護(hù)相繼開(kāi)展了大量研究［5?8］，并研發(fā)出了許多類(lèi)型的被動(dòng)式隔震裝置［9?11］。這些裝置可看作是利用零部件的相互配合形成的獨(dú)立且完整的機(jī)械系統(tǒng)，承載力一般較小，具有造價(jià)低、易維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。

不過(guò)，它們大多采用摩擦力作為阻尼力，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中摩擦力基本為恒定值，以后若變換用途，阻尼參數(shù)也不易調(diào)整；由于浮放物體的質(zhì)量較輕，如何精確控制各零部件之間的耗能，在加工和組裝過(guò)程中具有較大的難度，因而許多對(duì)阻尼特性的描述都含糊不清且同規(guī)格裝置的性能也存在差異。而傳統(tǒng)直線(xiàn)型阻尼器限于自身長(zhǎng)度，在中小型隔震裝置中很難全程施加阻尼力，且易漏油、難更換；若采用皮帶（或繩索）與阻尼器的搭配方式，輸出的阻尼力又不夠穩(wěn)定。現(xiàn)實(shí)中，除了安全可靠，往往希望阻尼機(jī)構(gòu)既能夠根據(jù)需求設(shè)定相應(yīng)的阻尼值，后期又可便捷的調(diào)整。

為此，本文發(fā)明了一款阻尼機(jī)構(gòu)［12］，使之能夠較好地應(yīng)用于浮放物體的隔震裝置中。該阻尼機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可通過(guò)絲杠的導(dǎo)程或端部的旋轉(zhuǎn)阻尼器來(lái)調(diào)整隔震裝置的阻尼參數(shù)。為了發(fā)揮該阻尼機(jī)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，對(duì)其特性進(jìn)行研究。然后以某小型隔震裝置為分析對(duì)象，采用數(shù)值方法對(duì)阻尼參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)合振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，旨在為隔震裝置的阻尼設(shè)計(jì)提供借鑒。

1 阻尼機(jī)構(gòu)及力學(xué)模型

阻尼是用來(lái)表示能量耗散性能的。它在隔震中的作用不容忽略，且比剛度設(shè)計(jì)更加困難。合理的阻尼設(shè)計(jì)不僅能夠有效抑制結(jié)構(gòu)的振動(dòng)，還有助于結(jié)構(gòu)在受到瞬時(shí)沖擊后快速恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)；反之則會(huì)減弱隔震效果甚至起到負(fù)作用。

1.1 阻尼機(jī)構(gòu)

該阻尼機(jī)構(gòu)主要由三部分構(gòu)成：絲杠、驅(qū)動(dòng)螺母和旋轉(zhuǎn)阻尼器，如圖1所示。絲杠兩端安裝于支撐座的軸承（套）內(nèi)，可繞自身軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)。驅(qū)動(dòng)螺母與絲杠配合，驅(qū)動(dòng)螺母的內(nèi)壁安裝有滾珠，滾珠嵌入絲杠的螺紋槽內(nèi)；絲杠的一端或兩端與旋轉(zhuǎn)阻尼器連接。

在受到振動(dòng)沖擊時(shí)，基礎(chǔ)平臺(tái)向驅(qū)動(dòng)螺母?jìng)鬟f水平方向的沖擊力，驅(qū)動(dòng)螺母內(nèi)的滾珠沿著絲杠的螺紋槽運(yùn)動(dòng)，驅(qū)使絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)端部的旋轉(zhuǎn)阻尼器旋轉(zhuǎn)，從而將基礎(chǔ)平臺(tái)的水平方向沖擊力轉(zhuǎn)變?yōu)榻z杠的轉(zhuǎn)動(dòng)力，最終通過(guò)旋轉(zhuǎn)阻尼器來(lái)吸收能量。

選用的旋轉(zhuǎn)阻尼器是利用硅油對(duì)旋轉(zhuǎn)體產(chǎn)生阻力，內(nèi)部油的黏性、轉(zhuǎn)子與本體的間隙、油液接觸面積等決定了扭矩大小。它是一種與轉(zhuǎn)動(dòng)頻率相關(guān)的阻尼器。改變絲桿的導(dǎo)程或旋轉(zhuǎn)阻尼器規(guī)格可以調(diào)整阻尼參數(shù)的大小。除常見(jiàn)的等螺距金屬絲杠如梯形絲杠、滾珠絲杠外，采用變導(dǎo)程絲杠可實(shí)現(xiàn)行程中阻尼參數(shù)的可變性。借助3D打印技術(shù)，絲杠的導(dǎo)程調(diào)整與制作非常方便。

圖1中的阻尼機(jī)構(gòu)適用于單向直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)體系，兩套阻尼機(jī)構(gòu)正交組合后可對(duì)任意水平向的運(yùn)動(dòng)施加阻尼力。經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單改造后，該阻尼機(jī)構(gòu)還可適用于曲線(xiàn)軌道型的隔震裝置［13］，如圖2所示。通過(guò)與增設(shè)的導(dǎo)向支座配合，驅(qū)動(dòng)螺母能夠在其內(nèi)部上下移動(dòng)從而適應(yīng)曲面軌道的高度變化。圖1與圖2所示的阻尼機(jī)構(gòu)雖然構(gòu)造略有差異，但阻尼力的產(chǎn)生原理一致，兩者的力學(xué)分析模型相同。

1.2 分析模型

黏滯型旋轉(zhuǎn)阻尼器的扭矩通常與旋轉(zhuǎn)頻率的指數(shù)冪成正比［14］，即與頻率成非線(xiàn)性關(guān)系：

擬合值與試驗(yàn)值的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖3所示。

然后利用一根直徑8 mm，導(dǎo)程32 mm的絲杠與該旋轉(zhuǎn)阻尼器構(gòu)成阻尼機(jī)構(gòu)。在振幅5 cm，頻率0.5 Hz的正弦波激勵(lì)下，得到了該阻尼機(jī)構(gòu)試驗(yàn)和分析的滯回環(huán)，如圖4所示。在不規(guī)則波輸入下得到了試驗(yàn)和理論分析的時(shí)程曲線(xiàn)如圖5所示。不規(guī)則波選用神戶(hù)（Kobe）地震中Kakogawa臺(tái)站所記錄的CUE90地震動(dòng)分量。

從圖4可見(jiàn)，試驗(yàn)值和理論值在整體上吻合良好，驗(yàn)證了模型的適用性。具體地，在第一、三象限，曲線(xiàn)吻合度高，而在第二、四象限，兩者略有區(qū)別。試驗(yàn)測(cè)得曲線(xiàn)在最大位移附近有一段長(zhǎng)度約1.2 mm的荷載零值段，即在驅(qū)動(dòng)螺母折返后的小段位移范圍內(nèi)，荷載值為零。

與正弦波激勵(lì)類(lèi)似，圖5中的時(shí)程曲線(xiàn)同樣出現(xiàn)荷載零值段，但是在曲線(xiàn)形狀上試驗(yàn)值與理論值大致相符，且各峰值吻合良好，從而進(jìn)一步檢驗(yàn)了分析模型的計(jì)算精度。

出現(xiàn)上述現(xiàn)象的原因?yàn)椋浩湟唬z杠和驅(qū)動(dòng)螺母均為3D打印，安裝的滾珠與螺紋槽之間存有間隙；其二，絲杠與阻尼器轉(zhuǎn)軸之間的配合不夠緊密。以上兩方面原因使得在驅(qū)動(dòng)螺母速度方向發(fā)生轉(zhuǎn)變后的小段位移內(nèi)，旋轉(zhuǎn)阻尼器不能持續(xù)提供阻尼力，出現(xiàn)荷載零值段。故此，實(shí)際應(yīng)用中可適當(dāng)提高阻尼機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和裝配精度。

2 阻尼參數(shù)設(shè)計(jì)

在理想狀態(tài)下，隔震裝置若以零剛度和零阻尼設(shè)置能夠?qū)崿F(xiàn)百分百的隔震效果，此時(shí)的浮放物體如同在光滑的水平面上自由移動(dòng)。但在實(shí)際應(yīng)用中，移動(dòng)范圍通常受限且震后有復(fù)位要求，因此隔震裝置需具有一定的剛度和阻尼。為了充分發(fā)揮阻尼的抑振作用，結(jié)合隔震裝置的尺寸和剛度特性，對(duì)阻尼機(jī)構(gòu)的參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。

2.1 基本概況

根據(jù)文獻(xiàn)［16］設(shè)計(jì)并加工出一臺(tái)適用于小型文物的隔震裝置，如圖6和圖7所示，并以此作為研究對(duì)象。它的長(zhǎng)寬高為360 mm×360 mm× 52 mm，極限位移為±130 mm，包括上下外罩總質(zhì)量為6.6 kg。頂板和底板為鋁材；滾動(dòng)直線(xiàn)導(dǎo)軌副選用MGN12C型滑塊及配套導(dǎo)軌，每根導(dǎo)軌上配兩個(gè)滑塊。絲杠為尼龍材質(zhì)，直徑為8 mm。

鑒于阻尼機(jī)構(gòu)的阻尼系數(shù)與絲杠導(dǎo)程和端部的旋轉(zhuǎn)阻尼器特性均相關(guān)，當(dāng)旋轉(zhuǎn)阻尼器已確定時(shí)，通過(guò)絲杠導(dǎo)程的調(diào)整即可實(shí)現(xiàn)阻尼系數(shù)的變化。結(jié)合上部浮放物體（某梅瓶）的質(zhì)量1.3 kg，端部旋轉(zhuǎn)阻尼器也為FRT?E2?300型，實(shí)際特征如式（8）所示。

以抗震設(shè)防烈度八度（0.2g）的故宮博物院作為隔震裝置的研究背景。依據(jù)地脈動(dòng)測(cè)試結(jié)果［17］，同時(shí)考慮到隔震裝置的長(zhǎng)周期特性，參考ATC?63報(bào)告建議的地震動(dòng)記錄，選取Northridge波、Kobe波和Friuli波作為輸入地震波，如表1所示。

為檢驗(yàn)裝置在更強(qiáng)烈地震作用下的有效性，提高其安全儲(chǔ)備，根據(jù)《建筑隔震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》，采用9度罕遇地震（0.62g）標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行時(shí)程分析。以地震動(dòng)峰值加速度（PGA）作為調(diào)幅依據(jù)，分別調(diào)整上述三條地震波。結(jié)合該器物的具體特征——底部直徑13 cm，重心高度約20 cm，并適當(dāng)提高防護(hù)水平，隔震裝置的目標(biāo)性能設(shè)定為：在滿(mǎn)足隔震裝置位移限值的前提下，最大響應(yīng)加速度控制在0.1g以?xún)?nèi)。

2.2 剛度確定

隔震裝置的導(dǎo)軌兩側(cè)分別設(shè)置了一根線(xiàn)性拉簧，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中拉簧的幾何關(guān)系會(huì)發(fā)生變化從而實(shí)現(xiàn)裝置的變剛度［18］。其剛度值與水平位移密切相關(guān)，會(huì)隨水平位移的增加而持續(xù)增大，具體如下式所示：

K（u）=2k（1?sl2+u2??????√）+2F0l2+u2??????√

K（u）=2k（1-sl2+u2）+2F0l2+u2

（9）

式中 K（u）為位移u處的割線(xiàn)剛度值；k為單根拉簧的彈性系數(shù)；l為初始拉伸長(zhǎng)度；s為拉簧的自然長(zhǎng)度；F0為拉簧的初拉力。其中，初始拉伸長(zhǎng)度l為0.13 m。

忽略初拉力，經(jīng)簡(jiǎn)化分析后可大概確定所需拉簧的性能；然后結(jié)合市面上常見(jiàn)的規(guī)格，篩選出較合適的拉簧型號(hào)。在拉簧性能的分析過(guò)程中，主要考慮以下三個(gè)方面：

（1）根據(jù)選出的三條地震波能夠得到對(duì)應(yīng)的加速度反應(yīng)譜，然后由隔震裝置的目標(biāo)性能大概確定其自振周期需大于2.5 s。此時(shí)，初始剛度需小于29.06 N/m。

（2）在地震作用下，假設(shè)裝置的最大相對(duì)位移恰好是極限位移即0.13 m，為了保證此處的加速度低于0.1g，在不考慮摩擦阻力的情況下，裝置末端的割線(xiàn)剛度需小于34.68 N/m。

（3）隔震裝置還應(yīng)兼顧震后復(fù)位的需求，尤其是在用于展覽的情況下。復(fù)位能力除了與剛度相關(guān)外，還受摩擦阻力的影響。經(jīng)測(cè)量，隔震裝置的摩擦阻力約為0.45 N。假設(shè)殘余位移控制在±20 mm以?xún)?nèi)，則裝置的初始剛度至少為22.5 N/m。

綜上分析，拉簧的型號(hào)初步確定為0.6 mm×8 mm×120 mm，即線(xiàn)徑0.6 mm，外徑8 mm，自然長(zhǎng)度120 mm。然后對(duì)選用的兩根彈簧進(jìn)行拉力測(cè)試，測(cè)得單根彈簧的彈性系數(shù)為24.54 N/m，初拉力為1.12 N。由式（9）可以得到裝置的初始剛度和末端割線(xiàn)剛度分別為21.01 N/m和29.23 N/m。

2.3 阻尼參數(shù)設(shè)計(jì)

圖6中的隔震裝置是由兩層構(gòu)造相同的單向水平隔震系統(tǒng)正交組合而成，且兩層單向隔震系統(tǒng)可看作是相互獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)。因此，僅需對(duì)單向隔震系統(tǒng)進(jìn)行分析。

根據(jù)D'Alembert原理，簡(jiǎn)化后的單自由度體系在水平地震動(dòng)激勵(lì)下，其非線(xiàn)性動(dòng)力微分方程為：

mu¨+Fd+Fs+sgn（u˙）Ff=?mu¨g

mu¨+Fd+Fs+sgnu˙Ff=-mu¨g

（10）

式中 m為質(zhì)量；u為相對(duì)位移；Fd為阻尼力，見(jiàn)式（5），其中絲杠導(dǎo)程的表達(dá)式見(jiàn)式（7）；Fs為彈性力，剛度值見(jiàn)式（9）；Ff為摩擦力；sgn（?）為符號(hào)函數(shù)；u¨gu¨g為地震動(dòng)加速度。

采用軟件MATLAB編制程序進(jìn)行數(shù)值模擬。考慮到若絲杠的導(dǎo)程過(guò)小，阻尼器轉(zhuǎn)動(dòng)頻率大且滾珠與絲杠螺紋槽間的摩擦力將不容忽略；而導(dǎo)程過(guò)大則需提高滾珠與絲杠螺紋槽間的配合精度，否則會(huì)增大如圖4或圖5所示的荷載零值段，使阻尼力的輸出不夠連續(xù)。因此，導(dǎo)程的設(shè)定區(qū)間為32～96 mm。模型參數(shù)值如表2所示。

對(duì)上述三種工況分別進(jìn)行數(shù)值模擬，獲得了隔震裝置在各工況下的加速度和相對(duì)位移時(shí)程響應(yīng)曲線(xiàn)。提取所關(guān)注的最大相對(duì)位移以及最大響應(yīng)加速度，分別繪制出它們與絲杠導(dǎo)程之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，如圖8和圖9所示。由于絲杠采用式（7）所示的勻變導(dǎo)程，且以中間平衡位置對(duì)稱(chēng)，因此導(dǎo)程的控制變量為始端導(dǎo)程P0（即絲杠中間的導(dǎo)程）和末端導(dǎo)程P1。

從圖8可見(jiàn)，隨著始端導(dǎo)程或末端導(dǎo)程的增大，最大相對(duì)位移也隨之增大。其中，相比末端導(dǎo)程，始端導(dǎo)程對(duì)相對(duì)位移的影響更顯著。具體地，在Northridge波和Kobe波作用下，最大相對(duì)位移的分布規(guī)律較為相似；而在Friuli波作用下，隨著導(dǎo)程變化，相對(duì)位移的變化不明顯且始終在位移限值范圍內(nèi)。

從圖9可見(jiàn)，峰值加速度與導(dǎo)程之間的關(guān)系更為復(fù)雜；不同地震波之間峰值加速度的變化規(guī)律差異較大。具體地，在Northridge波作用下，隨著始端導(dǎo)程的增大，峰值加速度先減小后增大。在Kobe波作用下，峰值加速度持續(xù)增大。在Friuli波作用下，峰值加速度持續(xù)減小，后略有增加。

出現(xiàn)上述現(xiàn)象的原因是：由式（5）可知，隨著導(dǎo)程增大，阻尼力會(huì)相應(yīng)地變小，抑振作用減弱，因此裝置的最大響應(yīng)位移會(huì)隨之增大。由于裝置為變剛度設(shè)計(jì)，剛度會(huì)隨著響應(yīng)位移增大而增大，因而有可能造成加速度的增大。至于Friuli波，可能是其頻譜中高頻成分較多，隔震裝置的響應(yīng)位移較小，更易受到始端導(dǎo)程的影響。

綜合考慮，選取絲杠的導(dǎo)程為38～50 mm，即始端導(dǎo)程P0（絲杠中間的導(dǎo)程）為38 mm和末端導(dǎo)程P1為50 mm。由式（10）求得隔震裝置在三條地震波作用下的振動(dòng)響應(yīng)，如表3所示。

3 振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)

為了深入研究地震作用下該隔震裝置及其阻尼機(jī)構(gòu)的性能表現(xiàn)，基于上述優(yōu)化后的阻尼參數(shù)，對(duì)其進(jìn)行了振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，并與理論結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。

試驗(yàn)設(shè)備為一臺(tái)單向水平振動(dòng)臺(tái)，臺(tái)面尺寸為0.6 m×0.6 m，行程為±150 mm，最高速度為0.85 m/s。采用松下HG?C1400型激光位移傳感器進(jìn)行位移測(cè)量，加速度傳感器采用941B型低頻拾振器。鑒于在Northridge波激勵(lì)下，振動(dòng)臺(tái)面的位移會(huì)超出最大允許行程，因此僅采用表1中的Kobe波和Friuli波進(jìn)行峰值加速度為0.62g的振動(dòng)測(cè)試。

3.1 試驗(yàn)結(jié)果

首先需對(duì)組裝后的隔震裝置進(jìn)行檢測(cè)，以初步了解其安裝質(zhì)量和基本動(dòng)力特性。采用的方法是將隔震裝置的頂板拉至最大水平位移130 mm處，待穩(wěn)定后突然釋放使其產(chǎn)生自由衰減運(yùn)動(dòng)，獲得頂板的位移曲線(xiàn)。測(cè)試時(shí)分別向左拉伸和向右拉伸兩次，結(jié)果如圖10所示。

由圖10可知，左側(cè)拉伸或右側(cè)拉伸的兩次測(cè)試曲線(xiàn)重疊性高；左側(cè)與右側(cè)拉伸結(jié)果略有差異但整體偏差不大。由此判斷：隔震裝置的部件安裝較可靠，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。同時(shí)，隔震裝置在平衡位置不會(huì)發(fā)生自由振蕩，表明其屬于過(guò)（超）阻尼體系。

對(duì)該隔震裝置進(jìn)行振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，得到了振動(dòng)臺(tái)面實(shí)際輸入的位移和加速度時(shí)程曲線(xiàn)，以及隔震裝置的加速度和相對(duì)位移響應(yīng)曲線(xiàn)。根據(jù)測(cè)試結(jié)果，提取出所關(guān)注的參量，如表4所示。

由表4可知，在兩條地震波作用下，隔震裝置的最大相對(duì)位移均小于最大容許位移，且加速度響應(yīng)峰值也都在0.1g以?xún)?nèi)，達(dá)到了預(yù)設(shè)目標(biāo)。同時(shí)，殘余位移均在2 mm以?xún)?nèi)，說(shuō)明裝置的復(fù)位性能良好。依據(jù)臺(tái)面實(shí)際的峰值加速度和隔震裝置的加速度響應(yīng)峰值可得到兩條地震波作用下的隔震效率分別為88%和87%。

3.2 對(duì)比分析

分別對(duì)上述試驗(yàn)進(jìn)行數(shù)值模擬，獲得了隔震裝置的加速度和相對(duì)位移時(shí)程響應(yīng)曲線(xiàn)。圖11和圖12分別是在Kobe波和Friuli波作用下理論與試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比圖。相較于單一的峰值對(duì)比，采用時(shí)程曲線(xiàn)對(duì)比顯然更能全面展示理論與試驗(yàn)結(jié)果的吻合程度。

從圖中可直觀看出，在地震時(shí)程分析時(shí)，數(shù)值分析與試驗(yàn)測(cè)試的曲線(xiàn)較為吻合，其中相對(duì)位移曲線(xiàn)吻合性要優(yōu)于加速度曲線(xiàn)。借鑒并采用曲線(xiàn)擬合優(yōu)度指標(biāo)RNL來(lái)評(píng)估兩者的吻合程度［19］。該參數(shù)把殘差平方和與相對(duì)誤差有機(jī)結(jié)合在一起，具有比非線(xiàn)性相關(guān)系數(shù)更高的分辨率。分析時(shí)，將試驗(yàn)數(shù)據(jù)看作原始數(shù)據(jù)yi，理論數(shù)據(jù)看作擬合曲線(xiàn)數(shù)據(jù)yi?yi?，曲線(xiàn)擬合優(yōu)化度指標(biāo)的表達(dá)式為：

RNL=1?∑（yi?yi?）2∑yi2??????????√

RNL=1-∑（yi-yi?）2∑yi2

（11）

依據(jù)式（11）求得RNL值愈接近于1，表示兩者的吻合性愈好。而曲線(xiàn)的吻合程度也能側(cè)面驗(yàn)證隔震裝置的設(shè)計(jì)、安裝和運(yùn)行質(zhì)量。

截取隔震裝置響應(yīng)較劇烈的時(shí)間段進(jìn)行分析， 其中Kobe波選取5～15 s時(shí)間段，F(xiàn)riuli波選取3.5～10 s時(shí)間段。然后與峰值比進(jìn)行比較，如表5所示。從表5中可知，與傳統(tǒng)的峰值比不同，曲線(xiàn)擬合優(yōu)度指標(biāo)不僅能夠真實(shí)反映出理論與試驗(yàn)結(jié)果的匹配程度，還具有很高分辨率和靈敏度。其中，位移曲線(xiàn)的擬合優(yōu)度指標(biāo)明顯優(yōu)于加速度曲線(xiàn)擬合優(yōu)度指標(biāo)，可能是由于加速度測(cè)量受觀測(cè)條件影響大的原因。

數(shù)值分析與試驗(yàn)相互印證，其結(jié)果表明該隔震裝置的各組件發(fā)揮了相應(yīng)功能，穩(wěn)定可靠，達(dá)到了預(yù)設(shè)目標(biāo)。而曲線(xiàn)擬合優(yōu)度指標(biāo)的引入也為浮放物體隔震裝置的方案對(duì)比和質(zhì)量評(píng)估提供了新方法。

4 結(jié) 論

本文對(duì)前期設(shè)計(jì)的一款阻尼機(jī)構(gòu)的構(gòu)造特點(diǎn)和阻尼特征進(jìn)行研究。結(jié)合某文物隔震裝置的目標(biāo)性能，利用數(shù)值方法對(duì)其阻尼機(jī)構(gòu)的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，并與振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比，主要結(jié)論如下：

（1）該阻尼機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，應(yīng)用多樣，通過(guò)絲杠導(dǎo)程或端部旋轉(zhuǎn)阻尼器即可便捷調(diào)整阻尼特性，能夠很好地應(yīng)用于浮放物體的隔震裝置中。

（2）依據(jù)選取的黏滯型旋轉(zhuǎn)阻尼器，推導(dǎo)出了該阻尼機(jī)構(gòu)的阻尼特征表達(dá)式。其阻尼力與速度的指數(shù)冪成正比；阻尼系數(shù)與旋轉(zhuǎn)阻尼器的特性和絲杠導(dǎo)程相關(guān)。

（3）以某文物隔震裝置為分析對(duì)象，采用數(shù)值方法對(duì)絲杠導(dǎo)程進(jìn)行設(shè)計(jì)。結(jié)果表明，縮小導(dǎo)程能夠有效控制最大相對(duì)位移量；但加速度響應(yīng)峰值變化復(fù)雜，還與地震動(dòng)特性密切相關(guān)。若輸入波的振動(dòng)特性較統(tǒng)一可做針對(duì)性設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)更優(yōu)異的隔震效果。

（4）采用峰值加速度為0.62g的Kobe波和Friuli波進(jìn)行單向水平振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值分析的結(jié)果相吻合，驗(yàn)證了阻尼機(jī)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)的正確性。兩者結(jié)果的吻合程度，尤其是位移時(shí)程曲線(xiàn)，可為浮放物體隔震裝置的方案對(duì)比和質(zhì)量評(píng)估提供思路。

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