粘弹性材料在结构控制中的实施要点分析.pdf

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1、圃粘弹性材料在结构控制中的实施要点分析余武黄石市建设工程质量监督站摘要；随着我国社会经济的快速发展，建筑行业得到了长足的发展，同时给建筑工程质量提出了更高的要求。抗震抗风能力是衡量建筑结构质量的重要指标，同时也是建筑工程建设最基本的要求。粘弹性材料在建筑结构设计中的应用，能够提升建筑结构的抗震抗风能力，对建筑结构的稳定性具有重要的影响。本文首先对粘弹性材料进行简单的介绍，然后对影响粘弹性材料力学性能的因素进行试验分析，并通过相关的计算模型，以及验证试验，证明粘弹性材料对于建筑结构控制的重要性。关键词：粘弹性材料；结构控制；应用在我国科学技术的带动下，越来越多的轻质、高强材料运用到建筑工程结构施

2、工中，虽然在一定程度上提高了建筑工程的施工效率，促进了建筑事业的发展。同时，轻质高强材料的利用，也降低了建筑结构的刚度以及阻尼，导致建筑结构对地震激励的敏感性越来越高。为了能够提高建筑结构的抗震能力，提高结构阻尼，可以将一些耗能材料设置在建筑结构中，。其中，粘弹性材料是提升建筑结构阻尼以及刚度的最佳选择，越来越受到建筑领域相关人员的关注。目前，我国建筑行业正处于快速发展的新时期，加强对粘弹性材料的研究具有十分现实的意义。1粘弹性材料概述粘弹性材料是一种介于粘液液体以及弹性固体之间的高分子聚合物材料。粘性液体能够耗散能量，但是在储存能量方面却具有很大的缺陷：弹性固体材料能够储存能量，但是不具备耗

3、散能量的能力。粘弹性材料综合了粘性液体材料以及弹性固体材料的有点，不仅能够储存能量，更是具备耗散能量的能力。可以说，粘弹性材料具有以下两个方面的优势：一方面，只需要给粘弹性材料微小的震动，就能使其开始耗能，所以在很小的震动下粘弹性材料也具备控制震动的能力：另一方面，通过相关研究发现，粘弹性材料力与位移的滞回曲线呈椭圆形，因此其具有很强的耗能能力。当粘弹性材料收到交变应力而发生变形时，一部分能量会储存在材料中，另一部分的能量通过热能转化进行耗散。粘弹性材料主要的性能包括弹性以及粘性，具体表现却是在材料收到外力拉伸作用后。第一，在外力的拉伸作用下，粘弹性材料分子链结构也会被相应的拉伸，第二，拉伸作

4、用还会引起材料分子之间分析链的位移。在拉伸外力去除后，拉伸变形的材料分子链会恢复原状，同时将外力所作功释放出来，及材料的粘弹性。分子链拉伸产生的功会通过热能转化的方式，将热能耗散在周围的空气中，进而实现机械振动产生的能量转化为热能的过程。粘弹性材料在动态力学方面存在与弹性材料不同的性能，因此两者之间在相同应力作用下，应力～应变曲线呈现状态也不尽相同。将一定的应变力施加到弹性材料上，其内部的应力与应变同时增加、减小，即两者相位相近，这就说明弹性材料应力应变曲线呈现直线状态；将一定的应变力作用在粘弹性材料上后，材料内部的应变比应力滞后，并具有一定的滞后角度，因此粘弹性材料应力一应变曲线呈现为椭圆状

5、态。2粘弹性材料力学特性影响因素分析为了探究影响粘弹性阻尼材料力学特性的因素，本文以国产NZ21材料为例，利用电液伺服材料试验机进行相关实验。本文中采用的电液伺服材料试验机型号为INSTRON．1341．。实验的目的在于探究粘弹性阻尼材料在动力剪切作用下，力学性能随剪切振幅以及频率变化而变化的规律，具体的实验做法是利用正弦激励法，在粘弹性材料上施加各种频率的正弦力，并且控制剪切的振幅，同时对粘弹性材料在剪切作用下的位移以及恢复力进行测量，最后实现实验目的。所有的谐波激振实验中，一般都是利用对剪切位移的控制进行的。在实验过程中，首先将材料最大的剪切位移固定，然后不断的改变激振频率，并逐渐变化最大

6、剪切位移，最后重复上述的过程。实验中，剪切频率分别为0．5HZ以及2HZ，振幅从O．1毫米’3毫米，温度分别为15度以及30度。经过试验探明，无论实验的温度以及频率变化，粘弹性阻尼材料力学特性一位移关系曲线始终呈现椭圆形。并且在一定的范围内，温度越高，剪切频率越大，力一位移关系曲线椭圆面积越大，材料的耗能越大。3粘弹性材料结构抗震控制计算模型近些年，国内外相关领域的学者，提出了各种粘弹性材料制成阻尼器结构抗震计算模型，然而在实际应用过程中还存在一定的缺陷。其中复刚度计算模型十分简单，然而仅仅适用于应变较小的情况，也没有对应变幅值对材料结构影响因素进行考虑；微段计算模型虽然对温度进行了综合性考虑

7、，计算也相对精确，然而计算的过程十分复杂，给计算增加了难度：Kelvin计算模型只是在应变力较大的材料试验中适用。本文在以上各个计算模型的基础上，利用分数导数计算模型，对实验温度、应变幅值以及剪切频率等因素对粘弹性材料力学性能影响都进行了充分的考虑，为材料相关性能有限元分析提供了便利。通过该模型的分析计算，能够推导出粘弹性材料控制力向量以及单元刚度矩阵。4试验验证为了验证本文提出的计算模型的有效性