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桥梁抗震技术日臻完善,从原始的被动抗震到如今的主动抗震,可以说是桥梁抗震史上的一座丰碑。主动抗震技术是指在桥梁上安装某些特殊装置,如调制质量块(TMD)、锁定装置(LUD)和阻尼器,通过这些装置来保护桥梁,使其在地震或者大风中不受毁坏或降低损坏程度,提高桥梁的抗震能力。
论文的研究对象是桥梁锁定装置,即LUD(Lock-upDevice),通常安装在桥面和滑移桥墩之间。当桥梁正常变形时(如热膨胀、缓慢蠕动等),LUD不会产生有害约束阻碍桥梁运动;当桥梁发生剧烈运动时(如地震、牵引和紧急制动等),LUD瞬间将桥面与滑移桥墩锁死,固定桥墩将冲击载荷通过与之固定的桥面传递给滑移桥墩,大大提高桥梁的整体抗震能力。
现今,应用最广泛的LUD为阻尼式,其结构主要包括小孔和间隙,故影响LUD特性的主要参数为小孔或间隙的尺寸以及工作介质的特性。论文通过几种基本结构LUD的动态特性仿真,分析仿真结果,得出这些参数如何影响LUD的工作性能,进而优化LUD的结构尺寸以及工作介质的特性参数。LUD的结构参数和介质参数确定后,必须进行严格的测试,但是国内的测试水平和实验设备均无法满足很多大型LUD的测试需求,所以为了提高LUD合格率,在其样品加工之前必须进行仿真测试,分析仿真结果,从而进一步优化设计方案。
因此,论文的重点是对已有型号LUD进行特性仿真和测试仿真,采用MATLAB和ANSYSCFX进行联合仿真,前者通过理论分析求出控制方程(力平衡方程和流量控制方程),并在MATLAB中建立数学仿真模型进行求解;后者LUD的物理模型进行简化处理,在UG中建模并将模型导入.ANSYSICEM中划分网格,再将划分好的网格导入ANSYSCFX中,设置参数(如油液的密度,体积弹性系数等)进行CFD仿真计算。
论文主要利用MATLAB仿真得出影响LUD工作特性因素包括:油液体积弹性系数、油液动力粘度、阻尼孔孔径和活塞头与缸筒之间的间隙。经仿真求解得出油液动力粘度增加、体积弹性系数增加、阻尼孔孔径减小和间隙间隙,均可以使LUD响应速度加快,锁定距离变短,反之亦然。论文重点以间隙式LUD为研究对象,对其性能提出要求,通过修改测试参数不断优化仿真结果,直至满足设计要求。通过比较两种仿真结果,给出了LUD优化的一种新方法,为LUD的开发提供了有效的参考手段。