不同边界条件下文物展柜的动力响应分析

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为了加强文物的保护工作,文物保护被列入国家“十二五”规划和财政计划。由国家文物局主办,上海博物馆牵头的《馆藏文物防震规范》编写工作正在有序进行,以健全国内有关文物保护的法规,指导文物保护工作。本文主要以地震波从博物馆楼层传至文物展柜这一过程为研究对象,利用ANSYS对五种独立中心展柜模型进行正弦激励与地震作用的计算分析。给出不同边界条件下展柜展台面处的加速度动力放大系数。同时分析了阻尼、摩擦系数、外加激励幅值以及激励频率对放大系数的影响。主要研究内容和结论包括:利用ANSYS分别建立固定和浮放工况下的有限元模型,进行地震作用和正弦激励作用下的动力分析,并与已有的振动台试验进行对比,验证了分析方法的正确性。对展柜模型输入固定幅值、不同激励频率(1-50Hz)的正弦激励,给出用于指导展柜分析的正弦激励频率范围;并且给出此频率段内两种边界条件下的展台面处的加速度动力放大系数上限值D6和DF;分析总结了在此频率段内两种边界条件下的展台面动力放大系数随激励频率变化的规律。对模型输入三种地震波进行分析,分析了在高度不变的条件下,随着展柜宽度的改变,动力放大系数的变化规律,并且给出了地震作用下,两种条件下的动力放大系数上限值DG和DF,进一步验证了所给出的正弦激励频率段的合理性。本文还对阻尼、摩擦系数、激励幅值等因素对动力放大系数的影响进行了分析。综合以上分析得出,用于指导固定和浮放下展柜分析的正弦激励频率范围均可取在9Hz及以内;在此频率段内两种边界条件下的展台面处的加速度动力放大系数上限值DG为1.90和DF为2.60;且两种条件下展柜的展台面处的动力放大系数均随着激励频率的增加而增加。对于激励幅值的影响规律为,随着激励幅值的增加动力放大系数有所减小;地震波作用时激励幅值对动力放大系数的影响不明显;单频激励作用时高频段的影响比低频段明显。浮放条件下,当展柜所受水平摩擦力大于水平惯性力时,激励幅值和摩擦系数的改变对动力放大系数基本无影响,且在此条件下固定展柜的动力响应明显小于浮放情况。随着阻尼比的增加,两种展柜的动力放大系数均随之减小。
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