阻尼比是衡量系統在振動過程中能量損失的指標,對於單自由度系統,其自由振動下的位移表達式爲:
u(t) = exp(-ζ wn t) * A cos (wd t - Φ)
其中,wn 是結構的固有頻率,wd = wn * sqrt(1 - ζ^2),Φ爲相位移,A和Φ由初始條件決定。
阻尼比ζ可以通過以下幾種方法計算:
定義法:ζ = C / C0,其中C是材料的阻尼係數,C0是材料的臨界阻尼係數。
圓頻率法:ζ = C / (2 * m * w),其中w是結構圓頻率,m是質量。
材料損耗係數法:ζ = ita / 2,其中ita爲材料損耗係數。
共振點放大比法:ζ = 1 / (2 * Qmax),其中Qmax爲共振點放大比,無量綱。
對數衰減率法:ζ = delta / (2 / pi),其中delta是對數衰減率,無量綱。
損耗能與機械能之比法:ζ = Ed / W / (2 / pi),其中Ed爲損耗能,W爲機械能。
在實際應用中,阻尼比的測定可以通過時域法和頻域法進行。時域法包括自由衰減法和對數衰減率法,而頻域法包括半功率帶寬法、INV阻尼計法、雙峯法和模態擬合法。
在特定領域,如建築抗震設計,阻尼比有特定的規定。例如,《建築抗震設計規範》GB50011-2010第8.2.2條規定了不同高度鋼結構在多遇地震和罕遇地震下的阻尼比取值。