一種新型珍貴文物隔震裝置*

尤軍峰，陳 鵬，唐春昱，張安興，李 斌，程鐘琪

(1.中國航天科技集團公司四院四十一所，西安 710025；2.固體火箭發動機燃燒、熱結構與內流場國防科技重點實驗室，西安 710025；3.西安碑林博物館，西安 710049)

0 引言

目前國外采用的文物隔震裝置主要有：疊層橡膠隔震支座、滑板隔震支座、滾軸式隔震裝置[1]、滾輪式隔震裝置[1]、摩擦擺隔震裝置等，這些隔震裝置不同程度地存在承載能力小、加工及裝配精度要求高、摩擦力大、隔震效果差的問題。與國外相比，國內主要采用傳統的支、粘、卡、綁等方法，存在破壞文物、加固效果差、影響外觀等問題。

針對目前國內外珍貴文物隔震裝置存在的問題，為了設計一種全新的隔震裝置，本文對該新型隔震裝置的設計方案進行了動力學仿真計算及試驗考核。

1 新型珍貴文物隔震裝置結構

新型隔震裝置結構設計借鑒固體發動機珠承噴管結構設計, 采用滾珠+滑盤+回位彈簧+阻尼器的新型設計方案，承載能力大，摩擦力小，隔震效率高，環境能力強，抗老化性能好。其結構設計如圖1所示。

隔震裝置由滑板、支撐筒、萬向球軸承(滾珠)、連接架、上下滑軌、上下滑塊、回位彈簧及阻尼器、導向套筒、底板、固定架等組成。縱橫X、Y每個方向上彈簧(2個)剛度系數2 N/mm(單個彈簧剛度為1 N/mm)。為避免經過共振區時振幅被放大，應安裝阻尼器，每組阻尼器(2個)阻尼為0.78 N·s/mm。

2 新型珍貴文物隔震裝置動力學數值仿真分析[2]

新型珍貴文物隔震裝置動力學數值仿真分析有以下內容：第一部分模擬地基在2 Hz，峰值加速度0.4g的簡諧激勵下的擺圓運動；第二部分加載真實的汶川波和唐山波激勵。

2.1 簡諧波激勵動力學仿真

底座的加速度時間歷程與文物上的加速度時間歷程如圖2所示。可見，X方向加速度幅值比：245/3907=0.062，Y方向加速度幅值比：275/3916=0.070，X方向隔震率93.8%，Y方向隔震率93%。

(a)X-direction acceleration

2.2 汶川波、唐山波激勵動力學仿真分析

在汶川波、唐山波激勵下，底座加速度時間歷程與文物上的加速度時間歷程如圖3所示。可見，汶川波加速度幅值比：170/4000=0.0425，隔震率95.75%；唐山波加速比：670/4000=0.1675，隔震率83.25%。

(a)Wenchuan wave

3 仿真結果分析與試驗驗證

對該新型隔震裝置進行了振動臺試驗考核，試驗以高80 cm(質心位置高約60 cm，可算出傾覆橫向加速度0.125g)，重約53 kg的人形文物仿制品模擬珍貴文物，底部支撐為150 mm×150 mm的近似正方形。

試驗結果如表1所示，可見與仿真計算結果一致。在簡諧波、汶川波、唐山波地震載荷(最大加速度0.4g)作用下，經過隔震裝置傳遞到文物上的最大加速度響應0.06g，均小于文物傾覆的臨界橫向加速度0.125g，滿足隔震要求。

表1 地震加速度響應

4 結論

新型隔震裝置設計方案經動力學仿真計算表明，珍貴文物局部隔震裝置設計方案合理可行，隔震效率滿足要求，能夠實現在地震中對珍貴文物的保護。試驗結果表明，設計方案與仿真計算方法正確。