黏滯流體阻尼器的案例
【JY】結(jié)構(gòu)概念之(消能減震黏滯阻尼器)
此外，明確黏滯阻尼器的工作和運行狀態(tài)是進行一個合理的耗能減震設(shè)計過程的基礎(chǔ)，這也與設(shè)計者的初衷及目的有關(guān)。黏滯阻尼器的工作狀態(tài)主要可分為兩種，即日常的運營狀態(tài)以及遇到突發(fā)事件所處的狀態(tài)。這里涉及到的阻尼器主要工作和運行狀態(tài)包括
黏滯阻尼器內(nèi)部工作壓強、其能量耗散形式、熱效應(yīng)以及服役期限
等。每種新參數(shù)的阻尼器的生產(chǎn)過程，都是個邊生產(chǎn)、邊實驗的過程，除了控制質(zhì)量的材料試驗、成品的質(zhì)量檢測、部分組件（如活塞、密封件）的檢測也都是必不可少的。
四、黏滯阻尼器的黏滯流體成份
目前用于
黏滯流體消能阻尼器的黏滯流體主要是液壓油、有機硅油、硅基膠和特種懸浮液，而有機硅油又是應(yīng)用最廣的。
有機硅油是有機硅高聚物中的一種，它的分子結(jié)構(gòu)中還有元素硅，并且分子主鏈?zhǔn)且粭l由硅原子和氧原子交替組成的骨架。有機硅油具有無毒、無味、無腐蝕性和不易燃燒等優(yōu)點。有機硅油的種類有很多，其中二甲基硅油最常用作為黏滯流體消能阻尼器的黏滯介質(zhì)，目前的研究也最為成熟。
二甲基硅油，或簡稱為甲基硅油，是一種無色透明的油狀液體，密度一般為930~975kg/m2，不溶于水，并且疏水性好，具有比較好的電氣絕緣性能，是最基本、最典型的有機硅油，也是產(chǎn)量最大、應(yīng)用最廣的一種品種。
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利用一系列特殊形狀的孔道來改變速流特性，此時阻尼器產(chǎn)生的輸出力與速度平方不再成比例，這種流體控制型小孔使提供的輸出力與阻尼指數(shù)α相關(guān)，其中α為一個預(yù)先設(shè)定的系數(shù)，范圍在0.3~2.0之間（Sap2000、Etabs的非線性黏滯阻尼單元的指數(shù)范圍相同），而對于地震工程，這個系數(shù)的取值范圍應(yīng)在0.3~1.0之間。
因為此為了便于數(shù)學(xué)上的表達，可將上述式子化為阻尼力的大小與質(zhì)點速度的指數(shù)形式成正比的黏性阻尼形式，其方向與運動的方向相反，這使結(jié)構(gòu)的振動方程大大簡化，可采用下式進行表述：
將正弦激勵下體系振動的解：
（1）在線性模型中：
代入黏滯阻尼力的計算公式（假定阻尼指數(shù)α=1，即線性模型的油阻尼器），則可得到：
將上述方程進行整理可得黏滯阻尼其阻尼力的
滯回曲線為一個橢圓方程
：
可見，線性黏滯阻尼其阻尼力的滯回曲線為一個橢圓方程，橢圓的面積也就是阻尼力循環(huán)一周所做的功：
線性模型滯回形狀
當(dāng)0<α<1時，可拓展得到非線性滯回模型（即串聯(lián)剛度無窮大的Maxwell模型）：
（當(dāng)K=∞時，可得下圖）
（2）在Kelvin模型中
對于帶黏彈性質(zhì)的黏滯阻尼器的模擬分析，考慮動態(tài)剛度的黏滯流體消能阻尼器理論模型可以采用Kelvin模型，即彈簧單元與阻尼單元為并聯(lián)的形式，其中K是黏滯阻尼器的儲存剛度，C是黏滯阻尼器的阻尼系數(shù)，α是黏滯阻尼器的阻尼指數(shù)，因此阻尼力的表達式為：
將相應(yīng)的位移函數(shù)帶入可得到：
Kelvin模型滯回形狀(當(dāng)α=1時)
三、黏滯阻尼器的計算模擬分析
對于黏滯阻尼器的模擬分析，各軟件均采用Maxwell模型，需要在軟件中填寫相應(yīng)剛度K、阻尼系數(shù)C、阻尼指數(shù)α。
展開 【02】黏滯阻尼器能否采用對角支撐的安裝形式？
黏滯阻尼器能否采用對角支撐的安裝形式？
黏滯阻尼器是由缸體、活塞、黏滯材料（常采用二甲基硅油）等部分組成，利用黏滯材料運動時產(chǎn)生黏滯阻尼耗散能量的減震裝置。
01黏滯阻尼器的連接形式有哪些？
黏滯阻尼器的基本連接形式主要分為兩種：
兩端鉸接：消能部件與銷栓或球鉸等連接件之間的間隙應(yīng)符合設(shè)計文件要求，當(dāng)設(shè)計文件無要求時，間隙不應(yīng)大于0.3mm；
一端鉸接、一端法蘭連接：阻尼器一段通過通過銷軸與結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點連接，另一端通過法蘭盤與阻尼器支撐桿連接。
02黏滯阻尼器能否采用對角連接的支撐形式？
對于無剛性的液體黏滯阻尼器，采用對角支撐時，連接形式應(yīng)為一端鉸接、一端法蘭連接，兩端鉸接會形成三鉸一線的失穩(wěn)狀態(tài)。
03對角支撐的黏滯阻尼器構(gòu)造上有何特殊之處？
黏滯阻尼器形式分為兩種：圖（a）：一端具有萬向鉸軸承，一端設(shè)置法蘭盤，主要用于對角支撐的布置形式上；圖（b）：兩端具有萬向鉸軸承。
（a）
（b）
參考文獻
陳永祁，馬良喆等. 建筑結(jié)構(gòu)液體黏滯阻尼器的設(shè)計與應(yīng)用. 中國鐵道出版社
往期內(nèi)容
【01 黏滯阻尼器減震設(shè)計篇】建筑消能減震技術(shù)規(guī)程 JGJ 297-2013應(yīng)該注意的那些點
【劃重點與簡析】建筑隔震設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 51408-2021）
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展開 組合式黏滯阻尼器ANSYS-CFD分析
黏滯阻尼器是一種以黏滯材料（主要為二甲基硅油）為阻尼介質(zhì)的，被動速度型消能減震（振）裝置，主要用于結(jié)構(gòu)震（振）動領(lǐng)域（包括風(fēng)振、地震等）。黏滯阻尼器主要分為孔隙式、間隙式和組合式三種。視頻采用ANSYS-CFD模塊對組合式黏滯阻尼器進行分析。
下面介紹采用該模塊進行分析的主要流程：
1.Geometry
采用ANSYS-SC模塊，對流體區(qū)域進行建模，包含活塞內(nèi)小孔、活塞與缸體內(nèi)表面間隙，兩個油缸，考慮到計算時間，建立對稱結(jié)構(gòu)如下圖所示。
2. Mesh
采用ANSYS-Meshing模塊，指定流體屬性，更改網(wǎng)格尺寸，對間隙和孔隙的流體區(qū)域進行網(wǎng)格細(xì)分。
3. Setup、Solution
采用ANSYS-CFD Enterprise模塊定義阻尼液為非牛頓流體，更改粘性模型，定義動網(wǎng)格區(qū)域，采用UDF施加速度加載工況，定義動畫窗口和結(jié)果輸出，提交分析。
4. Results
采用ANSYS-CFD Post模塊查看黏滯阻尼器內(nèi)部流場結(jié)果，繪制阻尼器F-V滯回曲線。
5. ANALYSIS
對黏滯阻尼器滯回曲線采用MATLAB進行擬合，根據(jù)F=CV^a，擬合出阻尼器的阻尼系數(shù)C和阻尼指數(shù)a值。
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本插件嚴(yán)格按照Maxwell理論計算公式進行編制，詳情可先看以下推文：
【JY】結(jié)構(gòu)概念之(消能減震黏滯阻尼器)
【JY】消能減震黏滯阻尼器的力學(xué)原理與應(yīng)用
在ABAQUS中：
在Abaqus中，采用非線性鏈接對黏滯阻尼器進行模擬，其中阻尼里輸入的是速度和力，可以通過《阻尼器噸位設(shè)計分析V3.0》插件自動生成速度、力的數(shù)據(jù)，對黏滯阻尼器進行模擬。
插件和模型案例下載地址文末有！
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【05】黏滯阻尼器不同安裝方式在ETABS中的模擬方法（含肘節(jié)型）
黏滯阻尼器不同安裝方式在ETABS中的模擬方法
黏滯阻尼器是由缸體、活塞、黏滯材料（常采用二甲基硅油）等部分組成，利用黏滯材料運動時產(chǎn)生黏滯阻尼耗散能量的減震裝置。
01普通黏滯阻尼器在ETABS中的模擬方法？
黏滯阻尼器的模擬方法
黏滯阻尼器常采用Damper-Exponential單元進行模擬，模擬參數(shù)如下圖所示：
備注：在輸入?yún)?shù)時，需注意單位的匹配，如果使用ETABSV17版本的軟件，在輸入時應(yīng)先輸入阻尼指數(shù)，再輸入阻尼系數(shù)。
02黏滯阻尼器斜撐安裝和肘節(jié)型安裝在ETABS的應(yīng)用？
建模方法
建立一榀框架，層高和跨度均為4m，對框架施加水平正弦節(jié)點位移，位移取5mm。
斜撐式黏滯阻尼器安裝方式在ETABS中的建模：
肘節(jié)式黏滯阻尼器安裝方式在ETABS中的建模：
運動模式
斜撐式黏滯阻尼器在ETABS中的運動模式（參微信公眾號“防震技術(shù)）
肘節(jié)式黏滯阻尼器在ETABS中的運動模式（參微信公眾號“防震技術(shù)）
滯回曲線
斜撐式 黏滯阻尼器在ETABS中的滯回曲線：
針對斜撐式安裝方式，施加節(jié)點水平位移5mm， 阻尼器最大位移約為3.49mm 。
肘節(jié)式黏滯阻尼器在ETABS中的滯回曲線：
針對肘節(jié)式安裝方式，施加節(jié)點水平位移5mm， 阻尼器最大位移約為5.07mm 。
可見，合理的設(shè)計肘節(jié)式系統(tǒng)，對增加阻尼器的耗能能力有較大的改善。
展開 【03】黏滯阻尼器不同安裝方式的適用性及位移放大系數(shù)推導(dǎo)（第1篇）
黏滯阻尼器水平安裝還是斜向安裝耗能效果更佳？
黏滯阻尼器是由缸體、活塞、黏滯材料（常采用二甲基硅油）等部分組成，利用黏滯材料運動時產(chǎn)生黏滯阻尼耗散能量的減震裝置。
01黏滯阻尼器的安裝方式有哪些？
黏滯阻尼器的基本安裝形式主要分為斜向形、人字形、剪刀型和肘節(jié)型，如下圖所示。其中：第一種為對角支撐；第二種耗能效果同墻式黏滯阻尼器；第三種為剪刀型支撐、第四種為肘節(jié)型支撐，均具有將阻尼器耗能效果放大的作用，但因安裝機構(gòu)造型和施工工藝復(fù)雜的限制，應(yīng)用較少。
02黏滯阻尼器的不同安裝方式的適用性及耗能效果有何差別？
斜向型安裝：黏滯阻尼應(yīng)采用一端鉸接、一端法蘭板剛性連接，原因參見【02】黏滯阻尼器能否采用對角支撐的安裝形式。阻尼器兩端的相對位移小于結(jié)構(gòu)的層間位移。
優(yōu)點：構(gòu)造簡單、易于裝配。
缺點：所占空間大，不利于人員通行和門窗布置，節(jié)點負(fù)擔(dān)較重。
人字形安裝（墻式安裝）：阻尼器兩端的相對位移等于結(jié)構(gòu)的層間位移。
優(yōu)點：可充分利用其消能能力，墻式安裝構(gòu)件簡單，人字形方便跨 中門洞。
缺點：人字形支撐設(shè)計時要充分考慮側(cè)向穩(wěn)定。
剪刀型安裝：阻尼器兩端的相對位移大于結(jié)構(gòu)的層間位移。
優(yōu)點：能較好解決建筑布置與阻尼器布置之間的矛盾，獲得大空間 和 視野；
缺點：附加給結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度有限、必須將放大的支撐力傳至框架 梁，容 易使 框架梁發(fā)生樓面外的變形，影響 位移 放大 功能 的發(fā) 揮，安 裝 機構(gòu)造型 和工藝復(fù)雜。
肘節(jié)型安裝（墻式安裝）：阻尼器兩端的相對位移大于結(jié)構(gòu)的層間位移。
優(yōu)點：上部耗能支撐可置于門、窗洞口的上方，能提供一定的下部 使用空 間，上部耗能支撐比 下部耗能支撐形式更有效。
展開 【04】黏滯阻尼器不同安裝方式的適用性及位移放大系數(shù)推導(dǎo)（第2篇）- 肘節(jié)型
采用肘節(jié)型的黏滯阻尼器位移放大系數(shù)和耗能效果探討
黏滯阻尼器是由缸體、活塞、黏滯材料（常采用二甲基硅油）等部分組成，利用黏滯材料運動時產(chǎn)生黏滯阻尼耗散能量的減震裝置。
01不同肘節(jié)型安裝方式的黏滯阻尼器位移放大系數(shù)？
肘節(jié)型安裝
當(dāng)黏滯阻尼器與肘節(jié)鋼構(gòu)呈90度時，分上肘節(jié)系統(tǒng)（Upper Toggle System）、 下肘節(jié)系統(tǒng)（Lower Toggle System ）和反向肘節(jié)系統(tǒng)（Reverse Toggle System）。為便于后續(xù)表達，命名為U-1、L-1、R-1。
其三種系統(tǒng) 簡化后的 位移放大系數(shù) 如下所示：
但值得注意的是，對于在層間安裝肘節(jié)型黏滯阻尼器，該三種方式會增大梁的受力，是不利的，梁的變形會降低黏滯阻尼器的耗能效果。為此，將黏滯阻尼器置于梁柱節(jié)點進行安裝。
上肘節(jié)系統(tǒng)（ Upper Toggle System） 幾何關(guān)系如下圖所示。 為便于后續(xù)表達， 命名為 U -2 。
位移放大系數(shù)：
下肘節(jié)系統(tǒng)（ Lower Toggle System ） 幾何關(guān)系 如下圖所示。 為便于后續(xù)表達， 命名為 L -2 。
位移放大系數(shù)：
02基于Matlab的位移放大系數(shù)直觀表示？
如需要完整MATLAB程序，歡迎關(guān)注公眾號《防震技術(shù)》，后臺留言發(fā)送0219獲取。
U-1
位移放大系數(shù)理論公式：
位移放大系數(shù)與角度的關(guān)系如下圖所示。可見，當(dāng)θ1和θ2之和接近90°時，位移放大系數(shù)趨于無窮大，即圖形中存在的豎向直線所示。此時并非指黏滯阻尼器實際耗能效果最佳，只是其受變形的影響，其耗能效果變化明顯，實際工程常采用位移放大系數(shù)為2~5的角度配置。
展開 【01 黏滯阻尼器減震設(shè)計篇】建筑消能減震技術(shù)規(guī)程 JGJ 297-2013應(yīng)該注意的那些點
黏滯阻尼器的基本構(gòu)造是什么，是用來干嘛的呢？黏滯阻尼器的關(guān)鍵控制參數(shù)有哪些呢？為啥工程上這么喜歡采用黏滯阻尼器呢？采用黏滯阻尼器的消能減震結(jié)構(gòu)有哪些設(shè)計重點需要考慮呢？下面將為您逐一解答，希望對您有所幫助。
Q1什么是黏滯阻尼器？
黏滯阻尼器是由缸體、活塞、黏滯材料（常采用二甲基硅油）等部分組成，利用黏滯材料運動時產(chǎn)生黏滯阻尼耗散能量的減震裝置，常根據(jù)構(gòu)造分為孔隙式阻尼器、間隙式阻尼器和組合式阻尼器。
Q2黏滯阻尼器的關(guān)鍵參數(shù)有哪些？
根據(jù)JG/T 209-2012，指出黏滯阻尼器的命名規(guī)則如下:
那么極限阻尼力、最大阻尼力、設(shè)計阻尼力、最大輸出阻尼力、設(shè)計位移、極限位移、設(shè)計容許位移等之間有什么關(guān)系呢？
其實我們只需要關(guān)注大震下通過結(jié)構(gòu)整體彈塑性分析確定所有阻尼器的最大出力作為設(shè)計阻尼力和設(shè)計位移（設(shè)計容許位移，此處未統(tǒng)一），為保證阻尼器有一定安全儲備，根據(jù)規(guī)范常取1.2倍或1.5倍設(shè)計阻尼力、設(shè)計位移分別作為極限阻尼力（也即最大輸出阻尼力、最大阻尼力）和極限位移，目前各種規(guī)范針對該部分還有一定分歧，目前正在編制的阻尼器相關(guān)規(guī)范應(yīng)該會統(tǒng)一描述。
Q3什么情況會采用黏滯阻尼器？
當(dāng)結(jié)構(gòu)無需賦予更多附加剛度，而需賦予一定附加阻尼時以減小構(gòu)件截面和配筋時，可優(yōu)選黏滯阻尼器作為消能減震產(chǎn)品。合格的黏滯阻尼器出色的耗能效果在工程上被廣為應(yīng)用。
Q4黏滯阻尼器一般有哪幾種布置形式？
黏滯阻尼器常采用墻式和支撐式兩種，針對填充墻位置較多的建筑優(yōu)選墻式。
Q5黏滯阻尼器布置規(guī)則是什么？
展開 技術(shù)|?建筑減隔震設(shè)計消能粘滯阻尼器介紹
粘滯阻尼器產(chǎn)品型號的表示方法:
以VFD-NLx323x250型號為例，說明如下：
VFD：代表粘(黏)滯流體阻尼器，Viscous Fluid Damper的英文首字母。
NL：代表粘滯阻尼器的型式，NL代表非線性，L代表線性。
323：代表粘滯阻尼器的z大輸出阻尼力，單位kN，也稱為額定載荷，對產(chǎn)品價格影響很大。
250：代表粘滯阻尼器的設(shè)計容許位移，單位mm，也稱為行程，對產(chǎn)品價格影響很大。
