Коефициент на затихване срещу експонента на затихване: Принципи, разлики и инженерни приложения

Стандартната механична формула за вискозни амортисьори, използвани в гражданското строителство, се дефинира, както следва:

F=C⋅v

където:
- F: Изходна демпферна сила на амортисьора (kN)
- C: Коефициент на затихване, представляващ мощността на основната сила
- v: Относителна скорост на движение на буталото на амортисьора (m/s)
- : Експонента на скоростта на затихване, определяща нелинейното изменение на силата на затихване

Тази формула ясно разграничава съответните функции на коефициента на затихване и степента на затихване. Коефициентът контролира общата величина на силата, докато експонентата доминира чувствителността на скоростта на амортисьора.

2.1 Определение и единица

Коефициентът на затихване е физически параметър, който характеризира основната сила на затихване и общия капацитет на разсейване на енергията на вискозен амортисьор. Отнася се за изходната основна сила на амортисьора при единична скорост на движение, отразявайки общото ниво на натоварване и тонажа на демпфера.

За нелинейни вискозни амортисьори стандартната единица на коефициента на затихване еkN·(s/m)^. За линейни амортисьори с =1 единицата е опростена доkN·s/m.

2.2 Определящи фактори

Стойността на коефициента на затихване се определя от структурния дизайн и вътрешната среда на амортисьора, включително главно вискозитета на силиконовото масло, площта на напречното-сечение на буталото, общата площ на отворите за затихване и структурните размери на цилиндъра. По-високият вискозитет на маслото и по-големите зони на потока на демпфера значително ще увеличат коефициента на демпфиране, като по този начин ще подобрят мощността на амортисьора.

2.3 Инженерно физическо значение

Коефициентът на затихване директно определя степента на тонажа на амортисьора. Амортисьорите с различни спецификации (100kN, 300kN, 1000kN) се различават по същество по своите коефициенти на затихване. По-високата стойност на C означава по-голяма сила на затихване и повече консумация на енергия за цикъл на вибрация при същите условия на скорост, осигурявайки по-добри сеизмични и намаляващи вибрациите ефекти. За разлика от това, по-малък коефициент на затихване е подходящ за контрол на микро-вибрации с ниска-амплитуда, като -предизвикана от вятъра вибрация на високи-етажни сгради.

3.1 Основна дефиниция

Показателят на скоростта на затихване е степенният индекс на скоростта на движение във формулата за определяне на демпфера. Това е безразмерен параметър, който контролира нелинейната връзка между силата на затихване и скоростта на движение и определя формата на кривата на сила-скорост на амортисьора.

3.2 Общи диапазони на стойности и класификация

В структурното инженерство степента на затихване има фиксиран разумен диапазон за различни сценарии на приложение:

Линейно демпфиране (= 1): Силата на затихване е строго пропорционална на скоростта на движение. Отличава се със стабилна изходна сила и равномерна честотна характеристика, която се използва широко при изолиране на вибрации на прецизно оборудване и контрол на вибрации с ниска-амплитуда.

Нелинейно сеизмично затихване (=0.2 ~ 0,6): Най-често използваният диапазон за сеизмична защита на сгради (0,3~0,5 е оптимално). Амортисьорите с ниски стойности имат ниска изходна сила при ниска скорост (незначителни земетресения и вибрации от вятър) и генерират бързо увеличена сила на затихване при висока скорост (силни земетресения), реализирайки автоматично подобрение на разсейването на енергията за структурна защита.

Демпфиране с висок-индекс (> 1): Типично за дроселиращи структури с отвор с максимална стойност, близка до 2. Силата на затихване нараства рязко с увеличаване на скоростта, което лесно причинява локална концентрация на структурно напрежение и рядко се използва в строителното инженерство.

3.3 Механични характеристики на различни стойности

По-малък показател на затихване показва по-силна нелинейна чувствителност на скоростта. При незначителни вибрационни натоварвания амортисьорът издава лека сила, за да избегне прекомерната структурна коравина и да осигури комфорт на сградата. При силни натоварвания от земетресение силата на затихване се увеличава експоненциално, за да консумира масивна сеизмична енергия и да намали структурните щети. Показател на затихване, близък до 1, представя линейно и стабилно разсейване на енергия, което е идеално за непрекъснато потискане на-предизвиканата от вятъра вибрация на свръх-високи-сгради и свързани структури.

Много практикуващи инженери бъркат двата параметъра, но техните механични функции, методи за настройка и логика на проектиране са напълно различни. Основните разлики са обобщени, както следва:

Основна функция: Коефициентът на затихване (C) контролира общата изходна сила и общия капацитет на разсейване на енергията на амортисьора; експонентата на затихване ( ) контролира нелинейното правило за промяна на силата на затихване със скоростта.

Параметри за настройка: Коефициентът на затихване се регулира чрез промяна на размера на буталото, вискозитета на маслото и площта на отвора за затихване; степента на затихване се оптимизира чрез модифициране на формите на отвора и вътрешните структури на канала на потока.

Основа на дизайна: Коефициентът на затихване се избира според максималната сила на затихване, необходима за структурна сеизмична устойчивост; степента на затихване се съгласува според видовете вибрации (вибрации при земетресение или вибрации от вятър) и характеристиките на скоростта.

Визуално разбиране: C представлява "силата" на амортисьора, докато представлява "характеристиката на реакция" на амортисьора при различни скорости на движение.

5.1 Високи-сгради и конструкции с висок-сеизмичен-интензитет

Изберете експонента на затихване от 0,3~0,5 със съответстващ коефициент на затихване. Тази конфигурация осигурява ниска изходна сила и добър комфорт при вибрации на вятъра и леки земетресения и осигурява мощно разсейване на енергията и структурна защита при силни земетресения, като балансира експлоатационна годност и структурна безопасност.

5.2 Супер{1}}високо-етаж и свързана структура Контрол на вибрациите при вятър

Приемете степен на средно затихване от 0,6~0,9 (близко до линейно). Почти линейната зависимост на силата-скорост позволява непрекъснато и стабилно разсейване на енергия за ниска-амплитуда и чести вибрации,-предизвикани от вятър, като ефективно потиска люлеенето на сградата и подобрява структурната устойчивост на вятър.

5.3 Мостово сеизмично и ударно натоварване

Изберете нисък показател на затихване от 0,15~0,3. При голяма деформация и висока скорост по време на земетресения, амортисьорът бързо усилва силата на затихване, за да реализира ефективна защита на границите и консумация на енергия от удар за мостови конструкции.

5.4 Прецизни системи за изолиране на вибрации

Приемете линейни амортисьори с =1. Стабилната линейна сила на амортизиране елиминира нелинейните вибрационни смущения и отговаря на високо-изискванията за изолиране на вибрациите с висока точност на прецизните инструменти и оборудване.

6.1 Експонента на затихване ( ) спрямо съотношение на затихване (ζ)

Коефициентът на затихване ζ е безразмерен общ параметър на цялата конструкция, описващ естествения капацитет на затихване на вибрациите на строителната конструкция. За разлика от това, степента на демпфериране е присъщ параметър на единичен компонент на амортисьора, като определя само механичните характеристики на самия амортисьор, без да представлява цялостното структурно представяне.

6.2 Коефициент на затихване (C) спрямо еквивалентен коефициент на затихване (Ceq)

Първоначалният коефициент на затихване C е фабрично-калибриран присъщ параметър на амортисьора. Еквивалентният коефициент на затихване Ceq е линейна стойност на преобразуване за анализ на структурни крайни елементи, който е по-скоро приблизителен изчислителен параметър, отколкото действителният физически параметър на амортисьора.