Елемент в'язкого демпфірування

Облік впливу землетрусу передбачає, що спорудження пасивно чинить опір через комбінацію міцності, деформативності і поглинання енергії. Рівень демпфірування такої системи, як правило, дуже низький і отже величина розсіювання енергії в такій системі при пружному поведінці також низька. Під час сильного землетрусу деформації такої споруди вийдуть за кордон пружності і конструкція не зруйнується тільки завдяки своїй здатності деформуватися НЕ пружно. Непружні деформації набувають форми локалізованих пластичних шарнірів, що призводить до збільшення податливості і поглинання енергії. При цьому велика частина енергії землетрусу поглинається конструкцією через локальні пошкодження.

Розглянемо розподілу енергії в спорудженні. Протягом сейсмічного впливу певну кількість енергії надходить в конструкцію. Ця енергія подається у вигляді кінетичної і потенційної, яка повинна бути поглинена або розсіяна. Якщо в споруда не буде демпфірування, то коливання будуть тривати нескінченно. Втім, конструкція завжди має деякі демпфирующие показники і за рахунок цього зменшується амплітуда коливань в процесі руху. Підвищити опірність споруди землетрусу і зменшити кількість пошкоджень можна через додавання в конструкцію спеціальних демпфуючих елементів. Такі елементи включаються в каркас і поглинають енергію, яка проходить крізь них.

Закон збереження енергії такої системи має вигляд:

де - повна енергія при дії землетрусу,

- повна кінетична енергія,

- енергія пружної деформації,

- енергія не пружною деформації,

- енергія, що розсіюється в спеціальному демпферні елементи.

ПК ЛІРА-САПР дозволяє враховувати роботу спеціальних демпфуючих елементів за допомогою кінцевого елемента в'язкого демпфірування (КЕ №62), схема якого показана на рис.1.

Елемент в'язкого демпфірування

Рис 1. Система пружина-демпфер.

Розглянемо роботу цього елемента.

Втрата енергії за один цикл коливань в такому елементі може бути визначена як

де - сила демпфірування.

У лінійної математичної моделі сила в'язкого демпфірування.

Рівняння гармонійних коливань має вигляд

а швидкість руху визначається виразом

З урахуванням того, що, можемо записати

Тоді втрата енергії за один цикл коливань дорівнює

При резонансі, а також,

Рівняння (4) можна записати у вигляді

Вираз (9) можна представити у вигляді:

Еліпс, який визначається рівнянням (10), може бути представлений графічно (рис. 2).

Рис 2. Розсіювання енергії в в'язкому демпфері за цикл коливань.

Інші механізми дисипації енергії можуть бути представлені у вигляді вузького демпфера шляхом прирівнювання роботи за один цикл, як це зроблено для вузького демпфера.

Отже, еквівалентний коефіцієнт демпфірування визначається як

Вирішимо тестовий приклад коливання двох рам. Геометричні і фізичні характеристики ідентичні. Довжина прольоту - 5м, висота поверху - 3 м, перетин колон - двотавр № 35К1, перетин балок - двотавр № 30Б1. До обох рам прикладена однакова динамічне навантаження. В одній з рам між поверхами встановимо елементи в'язкого демпфера (КЕ 62) як це показано на малюнку 3.

Рис 3. Розрахункова модель.

Характеристики елемента в'язкого демпфера задаються у вигляді (рис 4.),

Мал. 4. Діалогове вікно.

Де - жорсткість елемента в осьовому напрямку (Н / м), - коефіцієнт в'язкого демпфірування (НДля обчислення коефіцієнта демпфірування скористаємося формулою

Ступінь демпфірування - безрозмірне відношення коефіцієнта демпфірування до критичного демпфированию:

Характер руху в залежності від значення ступеня демпфірування можна розділити на три випадки:

  • <1,0 колебательное движение;
  • > 1,0 НЕ коливальний рух;
  • = 1,0 рух при критичному демпфіруванні.

Розглянемо задачу впливу ступеня демпфірування. Для трьох рам з КЕ 62 (малюнок 5) поставимо різні параметри.

Рис 5. Розрахункова модель.

Існують різні механізми, які можуть викликати затухання в конструкції. У ПК ЛІРА-САПР реалізований спеціальний КЕ, який моделює роботу лінійного елемента в'язкого демпфера. В такому елементі демпфуюча сила пропорційна швидкості. У багатьох випадках таке просте вираження для демпфирующей сили неможливо. Однак, можливо отримання еквівалентного коефіцієнта в'язкого демпфера. Для цього необхідно прирівняти втрату кінетичної і потенційної енергії до енергії розсіювання.

Помітили помилку? Виділіть її та натисніть Ctrl + Enter, щоб повідомити нам.

Схожі статті