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阻尼是工程结构固有的动力特性之一。结构的阻尼对于结构的动力响应特性有着很重要的影响,特别是对于柔性结构。实测是获取结构阻尼比最直接有效的手段,但是由于实测结果离散性大、随机性强,因此,国内外的规范标准大多采用常阻尼比模型。研究表明,建筑结构的阻尼比具有非线性性质,其中针对弹塑性工作阶段阻尼比非线性特性的研究成果较多,而针对弹性阶段的研究则相对较少,一般认定结构在弹性阶段的阻尼比为常数。但是,已有部分研究表明,即使在线弹性阶段,结构的阻尼比也会发生变化而非定值。因此,准确、合理地确定结构的阻尼特性变得越来越重要,探索阻尼的变化规律具有十分重要的理论意义和工程价值。 为了探讨结构在线弹性阶段的阻尼特性,本文采用材质相对均匀、结构较为简单的钢悬臂梁构件为试验对象,通过悬臂梁自由振动试验,研究阻尼比的变化规律。首先设计制作了8根相同的矩形截面悬臂梁构件(计算长度为1m,截面尺寸为30mm×8mm)。并根据国家标准《金属材料拉伸试验》(GB/T228.1—2010)规定的试验方法对悬臂梁构件的材料力学性能进行了试验分析,得到了悬臂梁的弹性模量和拉伸强度。然后基于材性试验的试验结果,设计了悬臂梁自由振动试验方案。最后采用自由衰减法对悬臂梁构件进行不同初始振动幅度下的自由振动测试,识别不同振动幅度时悬臂梁的阻尼比。 论文研究了结构构件在自由振动下阻尼比的变化规律,分析了线弹性范围内阻尼比与振动幅度的关系,得出了以下结论: 1、对比各根悬臂梁之间的前三阶振动频率可以发现,虽然各构件间的频率有些差异,但总体而言基本符合对照试验要求,因此本次对照试验的设计基本成功; 2、整个阻尼性能试验过程中,悬臂梁构件的应变在0με~919.9με范围内变化。由悬臂梁构件材料拉伸试验得到其弹性模量为214703.299N/mm2、抗拉屈服强度为295.379MPa(对应应变的量级为104με)。对比发现,试验中悬臂梁构件的应变变化范围远小于屈服时的应变,故悬臂梁的变形一直处于线弹性的范围内; 3、线弹性范围内,在振动初始应变处于0με~919.9με范围内变化时,阻尼比在0.0012~0.0027的范围内变化。对实测数据进行拟合分析可得:悬臂梁的阻尼比以0.001543为初始值,并随应变的增加以0.001107的斜率线性递增; 4、线弹性范围内,对于均质材料(钢材)的构件来说,其阻尼比是随着振动幅度的增加而线性递增。