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ABAQUS在研究E型钢阻尼器破坏特性中的应用

李鹏陈彦北宁响亮黄友剑

中国南车株洲时代新材科技股份有限公司，湖南株洲

摘要：本文介绍了我公司生产的E型钢阻尼器。利用ABAQUS对E型钢阻尼器结构与性能进行有限元分析，通

过分析及其实验情况确定阻尼器的破坏位置及破坏原因。

关键词：E型钢阻尼器破坏ABAQUS

1、前言

E型钢阻尼器是一种由形状为E字形的弹塑性钢元件组成的利用钢材的塑性变形吸收和

耗散地震能量的新型减震耗能装置。E型钢阻尼器具有如下特点：结构形式合理、阻尼性能

稳定，耗能性能好；耗能部分同时进入塑性无应力集中，从而使材料利用充分；结构形式能

够很好的和支座组合起来方便的安装在桥梁上而且容易更换。本文应用ABAQUS对我公司生产

的E型钢阻尼器进行有限元分析，并将有限元分析结果与实验结果比对，研究E型钢阻尼器的

破坏形式。

2、E型钢阻尼器的简化计算

如下图1所示影响E型钢的性能的参数的有如下尺寸：

h:E型钢的力臂b2:侧臂的平均宽度

b:E型钢的横截面宽度b1:中间臂的平均宽度

L：中臂与侧臂间的距离

图1E型钢阻尼器性能的尺寸参数

E型钢阻尼器中h10b，轴力对阻尼器的影响小于5%，因此理论公式推导只考虑弯矩的

作用，横截面的屈服弯矩

M和塑性弯矩

y

M可分别由以下公式求的：

p

sb

2

M??（1）

yy

6

sb

2

M??（2）

py

4

作用在中间臂的最大承载力可以由弯矩除力臂得到：相应的屈服力和塑性力由以下公式

求得：

1sb

2

F??（3）

yy

3h

1sb

2

F??（4）

yy

2h

可以求得在屈服时的位移

d

y

hl???h?

d????

21

yy

b?3l?

（5）

其中：

?

?????为屈服应变

33

bb，

??????

2

y

????

bb

12

当E型钢表面的应变

???时，相对位移为：

max

??h??

hl

d?2??1??

y

maxmax?

b2l

??

max

（6）

而实际上，在上面表达式中的第二项数值很小，因此可以将

d简化为：

max

hl

d?2?（7）

yy

bhl

dmax2max

??（8）

b

其中

?的大小由选用的钢材决定。

max

E型钢的弹性刚度：

psb

11

3

k??E

y

dhl?h

62?1??

y

??

?2l?

（9）

3、E型钢阻尼器的有限元仿真

3.1网格划分

E型钢阻尼器采用ABAQUS软件进行有限元网格划分，采用C3D8I单元，每个阻尼器划

分23174个单元，结构中与E型钢阻尼器连接的上部和下部结构，这里设置为刚体不考虑其

变形。

图2E型钢阻尼器有限元网格

3.2荷载及边界条件

模拟E型钢阻尼器的真实荷载情况，将E型钢阻尼器下部刚体固定，在E型钢阻尼器上

部刚体上施加平行于横臂方向150mm、0mm、-150mm、0mm的位移荷载。

4、仿真结果与实验结果

4.1E型钢阻尼器的等效塑性应变云图

A

图3E型钢阻尼器的等效塑性应变云图

从图3可以看出,中臂两侧区域等效塑性应变较大，最大等效塑性应变发生在A区域，

大小为0.009221。这说明A区域是结构的危险区域，结构可能在A区因塑性应变过大而发

生破坏。

4.2E型钢阻尼器的应力云图

图4E型钢阻尼器的应力云图

从图4中可以看出，中臂两侧的应力较大，应力分布均匀，结构中不存在应力集中的区

域。最大应力值为432.1Mpa,远小于材料的破坏强度。

4.3实验结果与有限元结果比对

区

域

一

致

图5E型钢阻尼器应变分布图6E型钢阻尼器实验破坏情况

从图5与图6的比较中可以看出：E型钢阻尼器实验破坏区域与有限元仿真结果中最大

应变区域一致，从而确定了有限元仿真的准确性，也可以确定塑性应变过大是导致阻尼器破

坏的直接因素。

5、结论

?运用ABAQUS能准确的预测E型钢阻尼器的破坏区域，有限元分析结果与实验结果

一致。

?E型钢阻尼器破坏往往发生在图3中的A区域，破坏多是由于塑性应变过大而造成

的。

参考文献：

【1】E型钢阻尼器数值仿真及试验研究，潘晋，吴成亮等，上海：振动与冲击，2009

【2】石亦平、周玉蓉主编．Abaqus有限元分析实例详解．北京：机械工业出版社，2006

【3】ABAQUS，Abaqus公司培训手册．Abaqus公司内部材料，2008