仿真 App: 分析粘弹性结构阻尼器的设计

Abbie Weingaertner 2016年 6月 9日

您是否有在刮风天置身于高楼中,或者看见飞机掠过您的房顶的体验?伴随着那种具有破坏性、并且让您感到不愉快的噪声,可能还会感受到一些低频振动影响了建筑结构的稳定性。解决这一问题的方法之一就是,将阻尼器——特别是粘弹性结构阻尼器纳入结构设计中。通过仿真 App,优化这些设备的方法变得前所未有的简单。

振动是如何影响结构的

首先,让我们来看一个振动影响结构的著名案例。伦敦千禧人行天桥(The London Millennium Footbridge)是跨越在伦敦泰晤士河上允许行人通过的悬索钢桥,但是在当地,这种结构通常被称为“摇晃桥”。

伦敦千禧人行天桥照片
伦敦千禧人行天桥。图片由 Rup11 自行拍摄。已获 CC BY-SA 3.0 许可,通过 Wikimedia Commons 共享。

人行天桥在 2000 年 6 月仅开通几天就被关闭了,因为行人的脚步产生的共振导致桥体向两边摇摆。行人会无意识地与旁人保持整齐的步伐,由此产生的共振使天桥结构的情况更糟。这座桥关闭近两年,通过设计改善了桥梁来抵御这种共振。解决方案就是:在结构设计中安装阻尼器。

粘弹性结构阻尼器:强大的结构保护机制

阻尼器是结构设计中的重要元素,它可以帮助避免由地震波或风引起的振动而导致的损害。通过这样做,这些装置可以作为延长各种结构寿命的强大资源。

我们以楼房这样的高层建筑为例。在这种情况下,由多层粘弹性材料组成的阻尼器经常作为防振动的保护手段而引入设计。粘弹性材料(如下图中红色部分所示)可以从装置中吸收振动,并将机械能转化为热能进行消散。这就意味着由地震波或者风引起的低频振动将不会产生明显影响,也就大为减少了结构破坏的可能性。

粘弹性结构阻尼器示意图
粘弹性结构阻尼器的示意图。

以开发满足耐低频振动这一安全需求的基础设施和建筑为目标,粘弹性结构阻尼器是设计师致胜的法宝。在这些装置被纳入结构设计前,需要对其有效性进行验证。通过 App 开发器,可将这一验证需求变成一道简化的流程。我们的粘弹性阻力器分析 App 成为了设计过程中强有力的工具。

 

通过计算 App 对粘弹性结构阻尼器进行有效分析

仿真 App 的功能都可以自定义。当您自己创建一个 App 时,可以自定义设计与布局,以满足具体的分析需求。最后,只需要少量的仿真知识,您就可以通过这样一个易用的工具来设置和求解自己的仿真研究。

粘弹性结构阻尼器分析 App 是为那些想要对某一特定结构阻尼类型进行瞬态和频率响应模拟的人而设计的,以此来分析不同的粘弹性材料和载荷。为了判断阻尼器对能量消除的有效性,这个仿真 App 对磁滞回线、损耗和储存模量、位移等重要参数给出了计算结果。

我们的粘弹性结构阻尼器分析 App 用户界面
粘弹性结构阻尼器分析 App 的用户界面。

上图显示的仿真App的用户界面(UI),可以分解为一系列的组成部分,使用户能够轻松地通过工具浏览查找他们需要的信息。功能区部分设有六个按钮。通过这些不同的按钮,用户能够轻松地在频域和瞬态研究间切换。更进一步,仿真 App 还具有将输入栏重置为默认设置、创建动画、访问与 App 相关的文档、生成含有模型信息和仿真结果的报告等功能。

用户输入部分,您可以找到大量可以修改的参数。例如,用户可以指定想要在阻尼器仿真中使用的粘弹性材料模型,也可以通过选项来比较两种不同材料模型的结果。他们还可以进一步定义孔内的力的大小及相位角。除了对阻尼器几何结构和各自的材料进行图示,这一部分还包括附加的输入选项,以用于不同的研究类型。对于瞬态研究,用户可以调整载荷的频率和想要分析的周期数。同样,对于频域分析,他们可以选择频率范围。

位于App 界面的最右边的结果部分由两个选项卡组成,分别显示了瞬态和频域分析的结果。这些选项卡中的内容会因只添加单一模型或添加两种不同材料模型(用于比较)而不同。

虽然简化了布局,仿真 App 中仍然包含 COMSOL Multiphysics 中所有的可视化特征,这使得仿真结果以清晰直观的方式显示,并很容易与他人进行分享。

使用仿真 App 改进产品设计工作流

仿真专业知识已不再是进行仿真研究的必要条件了。通过仿真 App,现在可以使仿真能力拥有更广泛的受众。作为 App 的创建者,您可以在设计中完全控制 App的特征和功能,使它满足您必要的需求,从而优化您的整个设计工作流。

开始体验设计和部署计算 App,可以使用以下资源作为起点。

App 创建过程中的有用资源


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