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阻尼及阻尼在结构中的作用分析
摘要:阻尼对结构的振动反应有重要的影响,阻尼比是阻尼作用在结构体系振动过程中耗能减震能力的参数。目前结构设计通常对某一类结构的阻尼比取为常数中的定值,这不能完全真实反映建筑物的阻尼,且未能反映同一类结构阻尼比的变化规律。本文通过对阻尼的机理、阻尼的影响因素,阻尼的作用,阻尼比的计算, 阻尼比在结构设计中的取值,阻尼在结构中的应用等进行具体分析,以便结构设计者对阻尼有更好的了解及,对结构进行更好的、适当的调整。

关键词:阻尼,阻尼比
中图分类号: P142 文献标识码: A

引言
阻尼(英语:damping)是指物体或系统在振动中,由于外界作用或系统本身固有的原因引起的振动幅度逐渐下降的特性,以及此一特性的量化表征,使振动衰减的各种摩擦和其他阻碍作用。
阻尼技术在航天、航空、军工、机械等行业中广泛应用,二十世纪七十年代,人们开始逐步地把这些阻尼技术应用到建筑、桥梁、铁路等结构工程中,阻尼技术能在结构中振动中耗能减震,并被广泛应用[1]。


阻尼的机理有两种形式:一种是因摩擦阻力生热,使系统的机械能减小,转化为内能,这种阻尼叫摩擦阻尼;另一种是系统引起周围质点的震动,使系统的能量逐渐向四周辐射出去,变为波的能量,这种阻尼叫辐射阻尼。
阻尼比(ζ)指阻尼系数与临界阻尼系数之比,表达结构体标准化的阻尼大小,是无单位量纲。阻尼比(ζ)一般可分为:ζ=0;01共4种情况。阻尼比ζ=0即不考虑阻尼系统;结构常见的阻尼比都在ζ在0~1之间。

主要有以下五个方面[3]:
(1)有助于减少结构的共振振幅,从而避免结构因震动应力达到极限造成机构破坏;
(2)有助于结构系统受到瞬时冲击后,很快恢复到稳定状态;
(3)有助于减少因结构振动产生的声辐射,降低机械性噪声及损害。许多结构构件主要是由振动引起的,采用阻尼能有效的抑制共振,从而降低损害;
(4)有助于提高其动态性能,较高的抗震性和动态稳定性;
(5)有助于降低结构传递振动的能力。在结构的抗震的隔振结构设计中,合理地运用阻尼技术,可使抗震效果显著提高。

经过近百年的研究,已经提出了各种各样的阻尼计算方法,在此仅做在简单探讨。
阻尼主要分为两大类:粘滞阻尼和滞回阻尼(复阻尼)。线性粘滞阻尼是最常用的一种阻尼模型,阻尼力F的大小与运动质点的速度v的大小成正比,方向相反,记作F=-cv,c为粘性阻尼系数,其数值须由振动试验确定。无论对简谐振动还是非振动得到的振动方程均是线性方程,求解方便,能够方便地表达阻尼对频率、共振等的影响,是应用最为广泛的阻尼模型。滞回阻尼假定应力应变间存在一相位差,从而振动一周有耗能发生。已经提出了各种各样的滞回阻尼模型,其特点是可以得到不随频率改变的振型阻尼比,因而一般认为能较好地反映上部结构阻尼。这对于一般分析而言,计算比较复杂,因而复阻尼实际应用并不多。


对基本处于弹性状态情况的结构,各国的阻尼比取值并非完全一致,我国各种结构中阻尼比取值如下表:
阻尼比取值汇总




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,这是能量耗散的