文摘

这项工作涉及rheolohical参数的多目标优化设计新颖灵活的关节使用剪切增稠流体阻尼器(STFD)钢结构。提出了阻尼器由剪切增稠流体(31)与纳米二氧化硅和挂钩(400)用实现纳米粒子的胶体分散系。一系列的循环荷载对帧配备算法阻尼器对丁字钢框架来评估他们的影响。加劲肋端板螺栓在角落的关节承受弯矩。使用响应面方法的多目标优化算法的流变参数研究了阻尼器,以减少产生的动态力和时刻在半刚性钢结构的联合。分析的结果被用来获取响应变量之间的相关性和输入因素(有效刚度的449.89 N /毫米,98.69 Pa的复杂的粘度。年代,阻尼常数446.99 n /毫米)的提议算法阻尼半刚性关节。

1。介绍

钢结构以其高弹性偏转载荷相比,混凝土结构。这些结构发现范围快速通道建设因其杰出charactertistics延性、强度重量比,容易拆除。钢结构的完整性和可服务性与地震灾害成为一个关键的任务结构工程师设计的最大横向稳定性(1]。进行循环加载时,钢框架结构显示适当的变形能力。钢构件与高刚度轴承波的影响是必要的;然而,钢的低固有阻尼振动抑制[来说是一个劣势2]。设计连接区域的变化,维护结构强度,同时增加能量耗散能力是至关重要的。钢结构的脆性破坏潜力大大减少semirigidity的更大的变形能力。少过度变形引起的结构刚度和能量耗散在螺栓连接仍然不足的问题在适当的抗动态载荷是必要的。

之间的联系梁和柱受轴向力的影响,剪力、弯矩和扭转。此外,对于大多数连接,轴向和剪切变形通常是微不足道的与旋转变形。Moment-rotational变形行为几乎所有连接的旋转是非线性的和总是不可逆转的。旋转的价值增加的同时连接的程度成正比的灵活性。那一刻相邻组件之间的传播对于一个给定的大小的旋转会降低更多的柔性连接,另一方面。作为连接变得更加灵活,终极时刻能力或最大,一个链接可以transmit-decreases。被动的能量耗散系统(阻尼器)已经被认为是一种可行的、经济技术减少动态压力结构以获得上述连接。这些系统的基本功能是吸收或消耗的大部分从循环加载中,获得的能量输入减少能量耗散需求主要结构元素(即。,在框架结构梁、柱)和最小化潜在的结构性破坏。

建筑物受地震使用液体粘滞阻尼器(种)。理想种的设计、位置和大小都已经被广泛地研究过了过去四十年。这项研究提供了一个总结最受欢迎的方法从大量的研究在该领域3]。

非线性建筑结构设计时,有或没有被动阻尼器,必须考虑地震荷载。年初以来,大约有1980的研究,许多已进行了调查。一个广泛的主题是本文中提供的分析(4,5]。

有效的粘性阻尼器设计为弹塑性力矩框架建议使用关键的双脉冲(DI)输入速度的调整方法。由于随机地震动和pulse-like地面运动可以被推荐的处理方法(6]。

根据共振,持久的地面振动,高层建筑的韧性是评估。评估方法考虑生命线和系统冗余等元素。许多调查提供评估结构数值模型下的鲁棒性与multishocks [7]。

研究人员调查了几种类型的阻尼器包含在钢结构为了确定梁柱接头的有效阻尼能力。

非线性粘滞阻尼器可以大大提高系统的隔振性能比线性阻尼器在较大的频率范围。高force-to-volume (HF2V)含铅阻尼器是由罗杰斯et al。8)提供相当大的阻力,同时保留紧凑的外观尺寸。

一个双管阻尼器连接连接发现经济,简单做,简单的安装。钢筋混凝土(RC)作为第一个故事框架与狭缝式阻尼器摇摆柱承载能力提高连接的延性和时刻。当比较的最终能量耗散能力slit-plate阻尼器的损伤指数ID,历史研究是利用非线性时间评估需求能量耗散在阻尼器在强烈的地震9]。

Ghaedi检查使用金属的非弹性性质,使用金属阻尼器,歇斯底里的行为,和高的能量吸收能力(10]。来自地震输入的能量可以消散非常有效地通过金属的非弹性变形。设备,利用这种能量色散的方法包括金属阻尼器(11]。

底座(剪切增稠流体)作为替代传统材料与外部运作的结构振动控制mitigitaing外部激励,动态响应的状态。(31),能量耗散的新型智能材料,介绍了(12]。

剪切增稠的形成是一个典型的现象在悬浮的液体材料粘度与详细剪切速率增加。控制这种趋势加厚继续是一个主要的挑战,经验治疗从改变粒子的表面和形状改变溶剂的性质(13]。但这些方法允许修改流属性而剪切(14]。剪切增稠是有效地消除故意应用高频率,低振幅剪切扰动的正交剪切流。悬浮液的粘度可以减少两年需求由于正交剪切,哪些功能作为监管机构暂停。我们显示在一个不同的配置可能产生同样的效果只需摇动的示例主要剪切方向。总的来说,操纵原位剪切增稠能力打开车门设计可控的材料力学性能(15,16]。目前的调查重点是算法的使用阻尼半刚性关节承受循环载荷在T框架连接。

2。材料和方法

2.1。合成和流变特性的算法

纳米二氧化硅用来创建算法在本研究的相对密度为2.6 g / ml和6尺11寸的主要粒子孔隙大小纳米(SISCO研究实验室,孟买,印度)。乙二醇(PEG 400 C_2nH_{4n+ 2}O_{n+ 1}),在这个实验中,使用的载体液羟值从265至295毫克KOH / g(默克公司专业私人有限、马哈拉施特拉邦、印度)。纳米二氧化硅粒子在地面使用高能球磨机在2000 rpm 13个小时,以确保在筛分粒度均匀性。使用一个电子秤、纳米二氧化硅和携带液(400)挂钩是精确计算和制造。在烧杯置于中心的搅拌器,承运人流体挂钩400年创建。搅拌器的搅拌速度设置为1000 rpm。怒气冲冲的纳米二氧化矽逐步融入携带液。3小时的样本动摇一个超声发生器,确保粒子均匀分布的混合物。表中的算法样本然后vacuum-dried炉为24小时在80°C。剪切粘度计是用于评估算法的流变参数。底座样品的质量分数为20%进行了流变测试(见图1)。在静态和动态加载情况下,底座流变学评估使用平行板流变仪(MCR 301,安东洼地公司,德国)。平行板的直径20毫米,厚度为0.2毫米。在25°C,粘度是决定。底座粘度测量使用升序和降序加载。

2.1.1。实验工作

通过力学测试和模拟,STFD受到循环加载(类型:MTS 793系列)。STFD是附着在MTS一端和附加响应帧。原理图布局和实验设备的照片用于循环测试数据所示2和3,分别。调查的行为STFD各种正弦加载场景下的恒幅20毫米,几个循环实验。1000赫兹的采样率。研究STFD的特征在不同加载频率是第一组的目标加载示例。八个独立的加载频率规定(0.01,0.1,0.5,1.0,1.5,2.0,2.5,和3.0赫兹)。STFD将检查的动态性能长期荷载作用下的情况下与不同加载频率在第二组加载场景。有三种不同加载频率输入用于这个调查:1.0,2.0,和3.0赫兹。200周期被应用到每一个频率。为了确保剪切增稠性能恢复,每个加载之间建立了一个3小时的差距。验证测试(振幅,20毫米; loading frequency, 1 Hz) were run prior to each test to ensure that the STFD performance was restored.

2.1.2。测试参数流变特征的识别

流变测试参数在钢结构半刚性关节算法阻尼器通过在循环荷载对响应特性的影响。加载频率(赫兹),底座的比例与石油,初始粘度(宾夕法尼亚州),加劲肋厚度(毫米),和作用力都评估(kN)。在响应面方法中,上述组件是作为输入参数(RSM)提供。表1列出了工艺参数和操作范围。

响应面工具(RSM)是一种数学和统计方法进行问题分析。通过生成一个回归模型,这种RSM方法揭示了流变特性和影响操作测试之间的关系的因素。它是利用建立变量和输入参数的响应之间的联系。由于热喷涂是一个具有成本效益的方法,特别适合涂层过程中减少生产力的成本。较高的多项式模型被用来近似这些变量之间的联系。近似输入和响应变量之间的联系,研究提出了一个二阶多项式函数。

该研究采用中心复合设计(CCD)和二阶多项式模型(二次)流变特性来评估输入因素对响应值的影响。加载频率、初始粘度、加劲肋厚度、作用力,%的底座油中的输入变量响应面方法。获得有效的复杂的粘度和提出的算法阻尼器阻尼常数的值,实验设计中包含的有效参数RSM被改变。在优化过程中,反应(产生的)变量的有用的范围内被发现。表2显示的值列表的响应。

3所示。结果与讨论

3.1。方差分析

方差分析(方差分析)方法被用来检查参数集群之间的变化。方差分析是用来获得流变参数和结果如下所示。表3列出了结果复杂的粘度。

的拟议的模型是发现价值较小的比F值为0.4440。因此,建议模型发现意义重大。的R²值是0.8761。这确保了数据点被成功安装在曲线上。的调整R²价值发现较小的比是0.7522R²价值。这给了回归方程的数据行。

模型是重要的,如图所示的模型F7.07表的价值3。只有0.04%的时间F由于噪声值这个大发生。在情况下“问题>F“小于0.0500,模型相关条款。模型方面一个,C,D,广告,一个²,B²,C²,D²在这种情况下是必不可少的。值高于0.1000表明,模型无关。

根据表3,该模型F值是1.37,模型噪声相比并不重要。由于噪音,很大F价值有27.01%的几率发生。当“概率>F“小于0.0500,模型变得很重要。在这种情况下,广告是一个重要的模型。值大于0.1000表明,模型术语是不重要的。

的提出了二次模型的价值为0.8414高于F值为0.6485。因此,建议模型发现意义重大。的R²值是0.4318。这确保了数据点被成功安装在曲线上。的调整R²价值发现较小的比是0.1162R²价值。这给了回归方程的数据行。

该模型F0.588表的价值4表明模型具有重要意义。一个F价值这个大可能发生由于噪音只有0.01%的时间。当“概率>F“值小于0.0500,模型可能是重要的。一个,B,C,D是重要的模型在这个实例中。该模型的值是发现不到F值为0.0001。因此,确定推荐的模型是很重要的。的R²值是0.8675。这确保了数据点被成功安装在曲线上。的调整R²价值发现较小的比是0.8455R²价值。这给了回归方程的数据行。

该模型F0.6716表的价值5表明模型具有重要意义。一个观察值为0.8209。概率值大于F价值实现模型的重要性。%的有效刚度依赖于算法与最大石油值为0.9754。这将确保提供的剪切阻力算法更高浓度的增加%。随着加载频率的增加,结构的位移算法阻尼器将较小的增加抗冲击的液体(17]。

3.2。复杂的粘度对流变参数的影响

复杂的剪切增稠流体粘度的定义是电阻发生在流与角频率的功能。接下来的诊断图比较预测值和实际值(数据4(一)- - - - - -4 (c))。复杂的粘度不受负载的影响范围。低频率在复杂的粘度是至关重要的。复杂的粘度是0.258毫克/ m。获得这个复杂的粘度低,操作参数加载频率和%的底座与石油都设置为2 m / s和30%,分别。图4 (b)描述了Box-Cox情节,描述了基于正常统计间隔。转换函数,定义真正的常态组数据。非正态分布数据可以使用Box-Cox变换转换为正态分布。Box-Cox转换用Y^λ在哪里λ−3和3之间的一个值。这种方法的目的是确定标准差最小化输入参数的变化表明复杂的粘度。

底座的%浓度也是一个至关重要的组件在决定复杂的粘度。复杂的粘度下降一直随着涂层厚度的增加。图5(一个)描述了微扰曲线。等高线图在图5 (b)描述了输入变量之间的关系在复杂的粘度。图5 (c)比较预期的和实际值。图5 (d)显示了一个3 d图形复杂的粘度与输入参数。

3.2.1之上。阻尼常数对操作参数的影响

摩擦力引起的底座旅行整个圆周边缘层的表面积导致建立一个阻尼常数。这个阻尼常数代表的重量损失在销的表面积旅行。涂层厚度有显著影响的阻尼常数硬涂层表面。算法的有效浓度是用来创建电阻表面水动力,抗拒阻尼常数。这个硬度是获得通过建立衬底层在压裂液的地方旅行18]。有效的阻尼常数为5.283毫克。使用下面的输入参数的值表示,这种有效的价值实现。滑动速度被设定为2 m / s,涂层厚度是预设在300米。

实现低的阻尼常数0.175 kN添加到应用压力值。底座的%浓度价值也提高了20 - 30%。观察到的和实际值之间的关系是诊断图描绘的人物6(一)- - - - - -6 (c)。Box-Cox图(图6 (c))描述了功率转换过程和剩余价值的关系。

上面所示的模型图(数字7(一)- - - - - -7 (d))提供一个清晰的角度响应值(阻尼常数)的优化过程。摄动图(图7(一))描述了偏离参考点与阻尼常数作为编码单元。3 d模型清楚地显示了阻尼常数的优化(图7 (c))。

3.3。有效刚度对操作参数的影响

诊断数据图表8(一个)- - - - - -8 (c)显示剩余和实际值之间的联系。这个过程的功率转换值表示的λ值−1.87 Box-Cox情节(图8 (b))。应用速度与剩余价值。当外加电压低于0.2 kN,摩擦系数下降。

有效刚度和输入相关参数,如等高线图如图所示8 (c)(应用压力、滑动速度、涂层厚度和biolubricant)。当滑动速度小于5 m / s和压力范围小于0.2 kN,低摩擦系数。摩擦系数摄动图的对称融合过程的参数如图8(一个)。图8 (b)显示了Box-Cox阴谋。创造的力量对复杂的粘度润滑剂增加获得摩擦系数值(μ)是0.076。

减少应用压力降低移动表面之间的摩擦力和压裂液,导致较低的摩擦系数。图9 (d)描述了有效的摩擦系数。预测和实际值也比较(见图9 (b))。数据9(一个)和9 (d)显示微扰和3 d图形表示,分别。

3.3.1。数值优化

点预测使用响应面分析的中心合成设计展示在表1,对响应变量的影响是决定使用这种方法。响应变量的期望值也确认表6进行比较。的帮助下这些值,粘度的复杂性和算法阻尼的阻尼常数关节在钢结构减少了。确认报告表格,如表所示6,显示了响应参数测量值或输出特性。

当暴露于快速刺激,一个算法,这是一个高度浓缩胶态悬浮体组成的单分散纳米粒子悬浮在液体,可以表现出易流动的和激烈的行为19]。换句话说,底座的机械特性,其剪切模量和阻尼等因素,可以修改。另外,算法可以扭转其能量吸收和变形。智能控制算法有很多潜力在各种工程领域,因为这些优势(20.]。STF-filled阻尼器的性能在各种地面加速度情况下发现展示强大的阻尼力在一个更大的峰值地面加速度,同时考虑到抗震。这表明一个算法所需的精确条件开始剪切增稠行为可以通过提供激励载荷出现在土木工程,如断层附近在场或大地震期间,经常涉及到大量的能源负荷和快速的速度。

4所示。结论

复杂的粘度的影响和有效的创新算法阻尼半刚性关节刚度是探索在这个工作利用响应面方法(RSM)。此外,底座的nano-synthesis和准备使用rheometric测试检查。底座的可能性与不同初始粘度成分研究。以下是一些重要的发现:(我)RSM数据显示,最优复粘度可以获得与底座的比例与石油0.4和90 kN的作用力在装载1.44赫兹的频率。当使用RSM提出的回归模型,实验值与预期值相对应。根据方差分析,底座的比例与石油有实质性影响复杂的粘度。(2)过分高或低负荷频率限制阻尼常数和有效刚度,从而提高接头强度和螺栓的生活。理想条件下的最大阻尼常数为446.99 N。s /毫米,0.971的愿望。对于未来的工作,创建模型可以利用估计的有效成分与挂钩纳米二氧化矽。(3)由于粒子聚集,纳米二氧化硅的阻尼常数可能减少由于粒度的增加,孔隙结构的变化。(iv)尽管如此,算法获得的封存能力有限的类型nano-additives仍然是一个重要的潜在的严格的技术、经济和可行性研究,提出了对未来的探索,为了充分利用底座的抑制能力。

缩写

算法:	剪切增稠液体
RSM:	响应面方法
挂钩:	聚乙二醇。

数据可用性

使用的数据来支持这个研究的发现包括在本文中。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

作者的贡献

Ruby亚构思概念想法和执行分析和实验工作。r . Senthil贡献的数据收集和分析,写的原稿,完全和监督研究。