G20Mn5QT铸钢狭缝阻尼器选型优化研究

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采用金属滞回阻尼器的损伤控制体系,作为一种减少地震破坏的方法,在建筑工程领域得到的广泛的应用。狭缝阻尼器装置(Steel Slit Damper,简称SSD)由于其良好的耗能性能在工程上得到广泛应用。铸钢材料以其优秀的力学性能、良好的铸造成型性能和适用性脱颖而出,越来越多的应用于建筑结构当中。本文旨在将SSD与铸钢材料结合起来,发挥铸钢材料在灵活性和可变性方面的巨大优势,解决目前对SSD选型优化局限于平面选型的问题,结合有限元分析以提高SSD的耗能性能和韧性断裂性能为目标,对SSD装置的选型进一步优化。本文主要研究内容如下:(1)对G20Mn5QT铸钢光滑圆棒试件循环材性试验数据进行整理,对不同校准方法的准确性及数据点的选择进行了讨论,编写了用于Voce-Chaboche模型参数校准的Matlab程序,确定了G20Mn5QT铸钢材料的混合强化参数。并将得到的材料参数输入有限元分析软件ABAQUS中,根据有限元分析结果和试验结果,对材料参数进行校核和调整,使调整后的材料参数能够准确地反映材料的实际力学性能。(2)总结SSD的力学性能理论及评估其工作性能的相关参数,采用有限元方法对已有试验进行数值模拟,参照具体试验内容,建立了6个有限元模型对试验进行还原。对于初始刚度、屈服强度、屈服位移,最大强度等力学指标,有限元分析结果与试验结果的误差在±10%以内。有限元方法的准确性得到验证。(3)结合SSD的受力情况及铸钢材料的优势,提出了狭缝阻尼器装置的选型优化方法,建立了30个不同形式的SSD有限元模型。有限元分析结果表明,采用的优化方法能够有效地提高SSD的耗能性能。对于优化后的SSD,屈服强度提高了13%-34%,初始刚度提高了20%-71%,等效刚度提升了15%-64%,有效阻尼提高了4%-29%,优化效果随支撑高宽比的增大而减小.(4)采用CVGM方法对狭缝阻尼器进行超低周疲劳断裂预测分析,结果表明,与未进行优化的传统SSD装置相比,超低周疲劳断裂性能没有出现明显的下降,平均断裂初始时刻较未优化的SSD提前1个循环。考虑到优化后SSD的耗能性能显著提高,因此可以将本文提出的优化方法作为理想的SSD选型方案。
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