NCREE-2013-040
時間 2013-12-01
標題 橋梁用智慧型黏性阻尼器之研究與開發(I)
作者 葉芳耀、陳宗?、張國鎮
摘要
本文主要研究具高流變特性之剪切稠變流體(Shear Thickening Fluid)填充於環間隙油壓缸管之阻尼器特性及其於橋梁減震之應用。文中說明剪切稠變流體製作、流變試驗、阻尼器元件製造及阻尼器實體性能測試等。
本文首先將基礎二氧化矽奈米顆粒(Silica Powder)與母體載液(Carrier Fluid)進行混合,並製作出具剪切稠變特性之流體。本文所使用之二氧化矽奈米顆粒為Aerosil 200、Aerosil R972及SS5505;母體載液為聚丙烯乙二醇(PPG)及乙二醇(EG)。透過流變儀進行剪切稠變流體流變測試,由試驗結果建立黏滯度( )與剪應變率( )關係。試驗結果得知,剪切稠變流體具有高度非線性行為,隨著剪應變率升高而有黏滯度增高(增稠)再將低(減稀)的特性。此外,剪切增稠效應之起始剪應變率( )及結束剪應變率( )將控制流體的流變特性。
本文第四章將剪切稠變流體填充於環間隙油壓缸管,隨後進行填充剪切稠變流體之阻尼器實體元件性能測試。試驗結果得知,填充剪切稠變流體阻尼器之非線性行為屬於 值小於1之行為,主要原因是剪切稠變流體產生黏滯度剪切稀化效應。填充剪切稠變流體阻尼器之非線性特性及阻尼力大小將與流體之流變特性有關。
本文最後使用高階流體有限元素軟體ANSYS CFX 13.0進行環間隙油壓缸管之模擬。將黏滯度與剪應變率關係以離散化數據定義流體特性,再由分析軟體模擬油壓缸管受到反覆運動,達到預測阻尼器之消能行為。現階段數值模擬成果,可初步掌握阻尼力大小,惟遲滯迴圈形狀尚無法獲得較好的結果。主要原因是未考慮液體與固體之邊界條件、液體與固體間的摩擦力、液體可壓縮性及溫度效應。
關鍵字 奈米粒子、剪切增稠(減稀)流體、智慧型黏性阻尼器
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