阻尼对周期性隔震基础滤波特性的影响研究结题摘要

周期结构对弹性波具有选择性透过作用，利用这种滤波动力特性学者们提出了一种新型隔震策略，即周期隔震基础。已有理论、数值及试验研究验证了周期基础隔震应用的有效性。基于已有研究，本项目重点研究考虑阻尼之后周期基础的复频散特性计算理论及考虑阻尼后周期基础的隔震性能。首先，项目提出三种复频散特性计算方法并研究了不同周期结构的复频散动力特性，揭示了周期结构频散差异性和一致性；其次，项目提出滤波减振机理与耗能减振机理的参数分析模型，数值模拟研究两种减振机理的相互影响；第三，项目提出复合周期基础模型，研究了复合周期基础在核电站结构隔震中的应用可行性。 2100433B

作为一种新型隔震措施，周期性隔震基础已得到研究者越来越多的关注。在不考虑材料阻尼情况下，周期性隔震基础的隔震机理已较明晰。然而，由于理论分析上的困难，材料阻尼因素对周期性隔震基础滤波特性的影响一直未能考虑。本项目将系统研究计入阻尼因素后周期性结构频散关系分析方法以及阻尼因素对周期性隔震基础滤波特性的影响。研究内容主要包括：1）考虑阻尼因素，寻求周期性结构频散关系的求解方法，建立周期性结构滤波特性与耗能特性简化分析模型；2）研究有限周期性结构的能量流动特性，揭示滤波衰减作用和耗能衰减作用的影响机理；3）针对不同地震动、上部结构特性等因素，研究阻尼对周期性隔震基础滤波特性的影响，提出考虑阻尼后周期性隔震基础的简化设计方法。通过本项目研究，可望给出计及阻尼时周期性结构频散关系的有效求解方法，揭示材料阻尼对周期性隔震基础滤波特性的影响，进而丰富和完善周期性隔震基础的计算理论和设计方法。

水力机械叶片尾部的卡门涡会导致机组强烈振动和叶片裂纹。工程实践表明，修改叶片尾部几何形状有可能避免卡门涡共振的发生，但其背后的机理却尚未被揭示。本研究通过试验和数值计算研究了不同尾部形状水翼绕流及其水力阻尼特性。主要研究内容及创新性成果如下： （1）设计了水翼水力阻尼实验，在水翼表面嵌入激振片给予水翼激振，最大程度的减小了对水翼附近流场的干扰作用，有效的克服了高速水流环境下水声噪音的影响。通过测试获得了不同流速和共振模态下的水力阻尼参数值； （2）明确了水力阻尼比与流速之间的关系。水翼固有频率随着流量的增加略有增大，在共振发生的流量点之前，水力阻尼比保持定值之后线性增加，该规律与水翼尾部形状无关； （3）获取了水翼在不同流速条件下的尾流区流场特征（包括尾部正背面剪切层干涉及旋涡脱落过程、脱落旋涡频率、脉动压力场和速度场分布、涡强度和涡核直径等）和水翼水动力响应特性参数； （4）建立了较为可靠的水力阻尼数值预测方法，分析误差在20%以下。将水翼尾流流场的水动力学参数与结构振动响应联系起来，提炼流场特征参数与水力阻尼参数的关系，提出了一种通过观水翼测流场特征来预判其水动力学响应的方法。 2100433B