非线性准零刚度文物隔震系统动力特性分析

摘要

为实现地震时浮放文物的安全防护，对一种非线性准零刚度隔震系统进行动力分析。构建隔震系统的刚度模型与运动平衡方程，使用谐波平衡法与牛顿迭代联合法进行理论分析，并使用四阶龙格-库塔(Runge-Kutta, R-K)数值分析法对运动平衡方程在简谐激励和地震动激励作用下进行数值分析。结果表明：非线性准零刚度文物隔震系统在简谐激励作用下，在外激励频率为低频阶段时，系统的响应存在不稳定区域，提高系统的阻尼比和刚度都会降低系统的不稳定区域范围以及系统的振幅响应峰值，使其趋于线性隔震系统的特征；增加系统的阻尼比可以降低隔震系统的有效起始频率，但在隔震有效频带范围内增加系统的阻尼比会使系统的传递系数增大；增加弹簧刚度会增大隔震系统有效初始频率，但可以降低系统在低频阶段的振幅响应，但在隔震系统有效频带范围内会增大系统的传递系数。数值分析表明隔震系统在不稳定区域范围内只存在2个稳定解，系统的响应状态与系统初始状态相关；系统在实际地震动激励作用下能显著降低输入地震动的加速度响应；隔震系统的减震系数对于长周期成分较少的地震动输入峰值变化不敏感，但对于长周期成分较多的地震动输入峰值变化较为敏感，表明系统对于短周期地震动的隔震性能更好，与在简谐激励作用下的理论分析结果一致。

关键词

非线性准零刚度系统 / 文物 / 隔震 / 地震 / 传递系数

基金资助

国家自然科学基金项目(52078471,52378542)