Slāpēšanas koeficients pret slāpēšanas eksponentu: principi, atšķirības un inženiertehniskie pielietojumi

Standarta mehāniskā formula viskozajiem amortizatoriem, ko izmanto civilajā inženierijā, ir definēta šādi:

F=C⋅v

Kur:
- F: slāpētāja izejas slāpēšanas spēks (kN)
- C: Amortizācijas koeficients, kas atspoguļo pamata spēka izvades jaudu
- v: slāpētāja virzuļa relatīvais kustības ātrums (m/s)
- : Amortizācijas ātruma eksponents, kas nosaka slāpēšanas spēka nelineāro variāciju

Šī formula skaidri nošķir attiecīgās slāpēšanas koeficienta un slāpēšanas eksponenta funkcijas. Koeficients kontrolē kopējo spēka lielumu, savukārt eksponents dominē pār slāpētāja ātruma jutību.

2.1. Definīcija un mērvienība

Amortizācijas koeficients ir fizikāls parametrs, kas raksturo viskozā slāpētāja pamata slāpēšanas spēku un kopējo enerģijas izkliedes spēju. Tas attiecas uz amortizatora pamata spēka izvadi pie vienības kustības ātruma, kas atspoguļo kopējo slodzes līmeni un slāpētāja amortizācijas tonnāžu.

Nelineāriem viskoziem amortizatoriem amortizācijas koeficienta standarta vienība irkN·(s/m)^. Lineārajiem amortizatoriem ar =1 vienība ir vienkāršota līdzkN·s/m.

2.2. Noteicošie faktori

Amortizācijas koeficienta vērtību nosaka amortizatora konstrukcija un iekšējā vide, galvenokārt silikona eļļas viskozitāte, virzuļa šķērsgriezuma laukums, slāpēšanas atveru kopējais laukums un cilindra konstrukcijas izmēri. Augstāka eļļas viskozitāte un lielāki amortizācijas plūsmas laukumi ievērojami palielinās amortizācijas koeficientu, tādējādi uzlabojot slāpētāja spēka izvades jaudu.

2.3. Inženiertehniskā fiziskā nozīme

Amortizācijas koeficients tieši nosaka amortizatora tonnāžas pakāpi. Dažādu specifikāciju amortizatori (100kN, 300kN, 1000kN) būtiski atšķiras pēc to amortizācijas koeficientiem. Lielāka C vērtība nozīmē lielāku slāpēšanas spēku un lielāku enerģijas patēriņu vienā vibrācijas ciklā vienā un tajā pašā ātruma apstākļos, nodrošinot labākus seismiskos un vibrācijas samazināšanas efektus. Turpretim mazāks amortizācijas koeficients ir piemērots zemas-amplitūdas mikro-vibrācijas kontrolei, piemēram, vēja-daudzstāvu ēku vibrācijai.

3.1. Pamata definīcija

Slāpēšanas ātruma eksponents ir kustības ātruma jaudas indekss slāpētāja konstitutīvajā formulā. Tas ir bezdimensiju parametrs, kas kontrolē nelineāro attiecību starp slāpēšanas spēku un kustības ātrumu un nosaka slāpētāja spēka{1}}ātruma līknes formu.

3.2. Kopējie vērtību diapazoni un klasifikācija

Konstrukciju inženierijā amortizācijas eksponentam ir noteikts saprātīgs diapazons dažādiem pielietojuma scenārijiem:

Lineārā amortizācija (= 1): Amortizācijas spēks ir stingri proporcionāls kustības ātrumam. Tam ir stabila spēka izvade un vienmērīga frekvences reakcija, ko plaši izmanto precīzas iekārtas vibrāciju izolācijā un zemas-amplitūdas vibrācijas kontrolē.

Nelineāra seismiskā slāpēšana (= 0.2 ~ 0,6): Visbiežāk izmantotais diapazons ēku seismiskajai aizsardzībai (optimāls ir 0,3–0,5). Amortizatoriem ar zemām vērtībām ir zems spēka izvads zemā ātrumā (nelielas zemestrīces un vēja vibrācijas), un tie rada strauji palielinātu slāpēšanas spēku lielā ātrumā (spēcīgas zemestrīces), realizējot automātisku enerģijas izkliedes uzlabošanu konstrukcijas aizsardzībai.

Augsta{0}}indeksa slāpēšana (> 1): Tipiskas atveres droseles konstrukcijām, kuru maksimālā vērtība ir tuvu 2. Amortizācijas spēks strauji pieaug, palielinoties ātrumam, kas viegli izraisa lokālu konstrukcijas sprieguma koncentrāciju un tiek reti izmantots ēku inženierijā.

3.3. Dažādu vērtību mehāniskie raksturlielumi

Mazāks amortizācijas eksponents norāda uz spēcīgāku ātruma nelineāro jutību. Pie nelielas vibrācijas slodzes slāpētājs rada maigu spēku, lai izvairītos no pārmērīgas konstrukcijas stingrības un nodrošinātu ēkas komfortu. Spēcīgās zemestrīces trieciena slodzēs amortizācijas spēks palielinās eksponenciāli, lai patērētu milzīgu seismisko enerģiju un samazinātu strukturālos bojājumus. Slāpēšanas eksponents, kas ir tuvu 1, nodrošina lineāru un stabilu enerģijas izkliedi, kas ir ideāli piemērots nepārtrauktai vēja -inducētās vibrācijas slāpēšanai īpaši-augstu-augstceltņu ēkās un savienotās struktūrās.

Daudzi inženieru praktiķi sajauc abus parametrus, taču to mehāniskās funkcijas, regulēšanas metodes un projektēšanas loģika ir pilnīgi atšķirīgas. Galvenās atšķirības ir apkopotas šādi:

Pamatfunkcija: slāpēšanas koeficients (C) kontrolē slāpētāja kopējo spēka jaudu un kopējo enerģijas izkliedes spēju; slāpēšanas eksponents ( ) kontrolē slāpēšanas spēka nelineārās variācijas likumu ar ātrumu.

Parametru pielāgošana: Amortizācijas koeficients tiek regulēts, mainot virzuļa izmēru, eļļas viskozitāti un amortizācijas atveres laukumu; slāpēšanas eksponents ir optimizēts, mainot atveres formas un iekšējo plūsmas kanālu struktūras.

Dizaina pamats: Amortizācijas koeficients tiek izvēlēts atbilstoši maksimālajam amortizācijas spēkam, kas nepieciešams konstrukcijas seismiskajai pretestībai; amortizācijas eksponents ir saskaņots atbilstoši vibrāciju veidiem (zemestrīces vibrācija vai vēja vibrācija) un ātruma raksturlielumiem.

Vizuālā izpratne: C apzīmē amortizatora "izturību", savukārt apzīmē amortizatora "reakcijas raksturlielumu" dažādos kustības ātrumos.

5.1. Daudzstāvu ēkas un augstas-seismiskās{3}intensitātes struktūras

Izvēlieties slāpēšanas eksponentu 0,3–0,5 ar saskaņotu slāpēšanas koeficientu. Šī konfigurācija nodrošina zemu spēka izvadi un labu komfortu vēja vibrācijas un nelielām zemestrīcēm, kā arī nodrošina spēcīgu enerģijas izkliedi un struktūras aizsardzību spēcīgu zemestrīču gadījumā, līdzsvarojot izmantojamību un konstrukcijas drošību.

5.2. Īpaši-augsta-celtņu un savienotas konstrukcijas vēja vibrācijas kontrole

Pieņemiet vidējo slāpēšanas eksponentu 0,6–0,9 (tuvu lineāram). Gandrīz lineāra spēka-ātruma attiecība nodrošina nepārtrauktu un stabilu enerģijas izkliedi zemas-amplitūdas un biežas vēja-izraisītām vibrācijām, efektīvi nomācot ēkas šūpošanos un uzlabojot konstrukcijas vēja pretestības veiktspēju.

5.3. Tilta seismiskās un triecienslodzes kontrole

Izvēlieties zemu slāpēšanas eksponentu 0,15 ~ 0,3. Zem lielas deformācijas un liela ātruma zemestrīču laikā amortizators ātri pastiprina slāpēšanas spēku, lai nodrošinātu efektīvu tilta konstrukciju robežaizsardzību un ietekmes enerģijas patēriņu.

5.4 Precīzas vibrācijas izolācijas sistēmas

Izmantojiet lineāros slāpētājus ar =1.. Stabilais lineārais slāpēšanas spēks novērš nelineāro vibrāciju traucējumus un atbilst augstas-precīzas vibrācijas izolācijas prasībām, kas attiecas uz precīziem instrumentiem un aprīkojumu.

6.1. Amortizācijas eksponents ( ) pret slāpēšanas koeficientu (ζ)

Amortizācijas koeficients ζ ir visas konstrukcijas bezizmēra kopējais parametrs, kas raksturo ēkas konstrukcijas dabisko vibrācijas slāpēšanas spēju. Turpretim amortizācijas eksponents ir viena amortizatora komponenta raksturīgs parametrs, kas nosaka tikai paša slāpētāja mehāniskos raksturlielumus, neatspoguļojot kopējo konstrukcijas veiktspēju.

6.2. Amortizācijas koeficients (C) pret ekvivalento slāpēšanas koeficientu (Ceq)

Sākotnējais slāpēšanas koeficients C ir rūpnīcā{0}}kalibrēts slāpētāja raksturīgais parametrs. Ekvivalentais slāpēšanas koeficients Ceq ir lineāra konversijas vērtība konstrukcijas galīgo elementu analīzei, kas ir aptuvens skaitļošanas parametrs, nevis faktiskais slāpētāja fiziskais parametrs.