间隙液压粘滞阻尼器特性参数分析

　　0 引言

　　随着科技的进步， 桥梁减震系统也有了很大的发展。由原来结构的被动抗震， 到现在阻尼器的主动减震，可以大大增强桥梁的抗震动、抗冲击能力，也大大降低了桥梁的加固成本。 目前阻尼器的种类很多。 本文主要分析液体粘滞阻尼器中最常用的一种———间隙粘滞阻尼器的工作原理以及对影响其性能的工作介质特性参数进行深入的研究。当桥梁在自然状态下，如热胀冷缩等蠕变情况下，阻尼器对桥梁产生很小的阻力;但在地震、车辆制动冲击等突变载荷的情况下， 希望该阻尼器产生很大的阻力，限制桥梁的位移，以及吸收能量和分担冲击力。其工作原理是阻尼器受到外界冲击时，缸体与活塞产生相对运动，活塞一侧的容积变小，迫使黏性阻尼材料经过间隙流向体积增大的一侧，阻尼材料的剪切流动产生阻尼力来耗散冲击能量，从而达到缓冲的目的。

　　1 仿真建模

　　1.1物理模型

　　论文计算的间隙黏滞阻尼器结构简图如图1 所示。如图1 所示，阻尼器的设计参数为：液压缸内径D=180mm，活塞和活塞杆的总质量m=50kg，活塞杆直径d=80mm，活塞的长度为L=130mm，初始状态左右腔的长度相等，均为L₁=110mm，活塞与液压缸之间的间隙为h。液压缸中充满二甲基硅油，主要的特性参数有密度ρ、动力黏度μ、体积弹性系数Ke。

　　1.2控制方程

　　假定给活塞施加F=1×10⁶N 的向左的冲击载荷，活塞将向左运动，压缩左腔油液，压力升高，油液被迫通过间隙从左腔流入右腔。

　　根据文献^[1]，油液的体积弹性模量计算公式为

式中K_e———体积弹性系数;

　　Δp———压力的变化量;

　　V———左腔的初始体积;

　　ΔV———体积V 的变化量。

　　由于当压力变化Δp 为正值时，体积减小，ΔV 为负值，故式中引入负号。

　　变换(1)式得到

　　考虑方向，消除(2)式中的负号，变换得到Δp 和s关系式如下。

　　对(3)式两边微分得

式中Q油液———油液自身压缩性所产生的流量。

　　(4)式可以看作是油液因为自身的可压缩性所产生的流量。

　　当活塞受到力F 的作用，会产生速度ν，那么环形间隙中的流动就可以看作是压差———剪切流动。 根据文献[1]，环形间隙流动的流量为

式中ν———活塞的运动速度。

　　活塞移动排挤的流量应等于油液压缩性产生的流量与间隙流量之和。