地鐵浮置板金屬隔振器的性能的試驗研究

李永朋 （青島瑞源工程集團有限公司，山東 青島 266555）

1 實驗概況及實驗測試方法

隨著計算機科學的不斷發(fā)展和計算機應(yīng)用的不斷進步，采用數(shù)值模擬進行浮置板金屬隔振器的研究的方法也不斷完善，采用Ansys等有限元分析軟件進行模擬分析的研究也越來越廣泛。盡管使用數(shù)值模擬分析的方法十分簡便而且結(jié)果也比較精確，但使用數(shù)值模擬時往往建立的是比較理想化的模型，而實際應(yīng)用中，金屬隔振器各項性能受到各種各樣的因素的影響，數(shù)值模擬則不能反映這些因素的影響效果，因此，在對地鐵浮置板金屬隔振器性能行研究時，試驗仍是有效且必不可少的研究方法[1-3]。

試驗設(shè)備采用山東省土木工程防災(zāi)減災(zāi)重點實驗室的500kN電液伺服式疲勞試驗機，作動器最大行程為±250mm，最高加載頻率為6Hz，試驗機可以采用力控制和位移控制兩種加載模式。試驗中使用的采集儀為東華DH-5922型動態(tài)采集儀，試驗中采樣頻率為500Hz，荷載傳感器采用PSD-20tSJTT。圖1為山東省土木工程防災(zāi)減災(zāi)重點實驗室的500kN電液伺服式疲勞試驗機、加載架以及動態(tài)采集儀。

1.1 靜剛度測試方法

試件的靜剛度測試以1mm/s的均勻速度進行單調(diào)加載，加載位移小于20mm，試件的力和位移由DH-5922型動態(tài)采集儀記錄，采用500Hz的采樣頻率，并根據(jù)試驗中所獲得的位移-荷載曲線以計算隔振器的靜剛度。

圖1 山東省土木工程防災(zāi)減災(zāi)重點實驗室

1.2 動剛度和阻尼測試方法

動剛度采用位移控制方式進行加載，加載采用正弦波。首先將試件壓縮7mm，然后按照±3mm對試件進行加載，加載試件持續(xù)5min。

試件的阻尼測試采用 2Hz、3Hz、4Hz、5Hz的加載頻率對隔振器施加正弦位移載荷，加載位移的采用正弦波，加載20個周期。

試件動剛度的采用 2Hz、3Hz、4Hz、5Hz 加載頻率，剛度為試驗中的最大荷載和最小荷載的差值除以荷載所對應(yīng)的位移。

圖1為試件動剛度和阻尼計算示意圖，動剛度K和等效粘滯阻尼系數(shù)ξ計算公式見如1所示：

（1）式中ΔW為曲線所包圍的面積，K=AD/CD=ΔF/ΔX表示一個循環(huán)中試件所消耗的能量。

圖2 動剛度和阻尼計算示意圖

圖3 試件剛度與阻尼測試圖

圖 3試驗室對試件 GSIF3-R20-12-1、GSIF3-R20-12-2、GSIF3-R20-12-3和 GSIF3-R20-12-4 分別進行靜剛度、動剛度和阻尼測試。

圖4 試件靜力剛度曲線

圖5 試件阻尼測試曲線（2Hz，取第10環(huán)）

圖6 試件動剛度滯回曲線

2 試件靜剛度測試曲線

2.1 試件阻尼測試曲線

圖5為4個試件2Hz加載頻率下第10環(huán)的滯回曲線。

2.2 動剛度測試曲線

動剛度測試采用5Hz的加載頻率，測試的滯回曲線如圖6所示。

3 測試數(shù)據(jù)匯總及測試結(jié)論

3.1 測試數(shù)據(jù)

通過對試驗測試的數(shù)據(jù)的進行分析，獲得試件的靜剛度、動剛度以及試件在2Hz、3Hz、4Hz、5Hz的阻尼。疲勞試驗結(jié)束后，按照前述方法，對試件的靜剛度、動剛度以及阻尼比再次進行測試，并和疲勞時實驗前的結(jié)果進行對比，見表1和表2所示。

4 結(jié)論

山東科技大學山東省土木工程防災(zāi)減災(zāi)重點實驗室對上述4個試件進行了剛度、阻尼以及對試件進行了300萬次的疲勞試驗，并對試件疲勞試驗前后的剛度和阻尼比進行對比，測試結(jié)論如下：

①隔振器靜力剛度測量曲線穩(wěn)定，前期有非線性特征，后期呈線性特征。

②隔振器阻尼比和動剛度數(shù)值穩(wěn)定，在試驗周期內(nèi)動剛度滯回曲線基本重合，剛度和阻尼比穩(wěn)定。

③疲勞試驗后，套筒、鋼彈簧等組件經(jīng)檢測，未發(fā)生破壞。

④疲勞試驗后，靜剛度和動剛度變化率小于5%，試驗設(shè)備因油壓控制、環(huán)境溫度等因素的影響，自身存在5%的誤差，因此，疲勞試驗后，試件靜剛度基本未發(fā)生變化。

疲勞試驗前后剛度數(shù)據(jù)對比 表1

疲勞試驗前后等效粘滯阻尼比數(shù)據(jù)對比 表2

⑤試件疲勞試驗前與試驗后的阻尼波動略大一些，但總體小于8%，試驗中部分試件的阻尼比減小，也有部分阻尼比較疲勞試驗前略有上升，但整體變化較小，鑒于試驗設(shè)備自身受外界環(huán)境的影響，存在一定的誤差，視為試件在疲勞試驗前后的阻尼比基本未發(fā)生變化。