尤軍峰，陳 鵬，唐春昱，張安興，李 斌，程鐘琪

(1.中國航天科技集團(tuán)公司四院四十一所，西安 710025；2.固體火箭發(fā)動機(jī)燃燒、熱結(jié)構(gòu)與內(nèi)流場國防科技重點實驗室，西安 710025；3.西安碑林博物館，西安 710049)

0 引言

目前國外采用的文物隔震裝置主要有：疊層橡膠隔震支座、滑板隔震支座、滾軸式隔震裝置[1]、滾輪式隔震裝置[1]、摩擦擺隔震裝置等，這些隔震裝置不同程度地存在承載能力小、加工及裝配精度要求高、摩擦力大、隔震效果差的問題。與國外相比，國內(nèi)主要采用傳統(tǒng)的支、粘、卡、綁等方法，存在破壞文物、加固效果差、影響外觀等問題。

針對目前國內(nèi)外珍貴文物隔震裝置存在的問題，為了設(shè)計一種全新的隔震裝置，本文對該新型隔震裝置的設(shè)計方案進(jìn)行了動力學(xué)仿真計算及試驗考核。

1 新型珍貴文物隔震裝置結(jié)構(gòu)

新型隔震裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計借鑒固體發(fā)動機(jī)珠承噴管結(jié)構(gòu)設(shè)計, 采用滾珠+滑盤+回位彈簧+阻尼器的新型設(shè)計方案，承載能力大，摩擦力小，隔震效率高，環(huán)境能力強(qiáng)，抗老化性能好。其結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖1所示。

隔震裝置由滑板、支撐筒、萬向球軸承(滾珠)、連接架、上下滑軌、上下滑塊、回位彈簧及阻尼器、導(dǎo)向套筒、底板、固定架等組成?？v橫X、Y每個方向上彈簧(2個)剛度系數(shù)2 N/mm(單個彈簧剛度為1 N/mm)。為避免經(jīng)過共振區(qū)時振幅被放大，應(yīng)安裝阻尼器，每組阻尼器(2個)阻尼為0.78 N·s/mm。

2 新型珍貴文物隔震裝置動力學(xué)數(shù)值仿真分析[2]

新型珍貴文物隔震裝置動力學(xué)數(shù)值仿真分析有以下內(nèi)容：第一部分模擬地基在2 Hz，峰值加速度0.4g的簡諧激勵下的擺圓運動；第二部分加載真實的汶川波和唐山波激勵。

2.1 簡諧波激勵動力學(xué)仿真

底座的加速度時間歷程與文物上的加速度時間歷程如圖2所示?？梢姡琗方向加速度幅值比：245/3907=0.062，Y方向加速度幅值比：275/3916=0.070，X方向隔震率93.8%，Y方向隔震率93%。

(a)X-direction acceleration

2.2 汶川波、唐山波激勵動力學(xué)仿真分析

在汶川波、唐山波激勵下，底座加速度時間歷程與文物上的加速度時間歷程如圖3所示?？梢姡氪ú铀俣确当龋?70/4000=0.0425，隔震率95.75%；唐山波加速比：670/4000=0.1675，隔震率83.25%。

(a)Wenchuan wave

3 仿真結(jié)果分析與試驗驗證

對該新型隔震裝置進(jìn)行了振動臺試驗考核，試驗以高80 cm(質(zhì)心位置高約60 cm，可算出傾覆橫向加速度0.125g)，重約53 kg的人形文物仿制品模擬珍貴文物，底部支撐為150 mm×150 mm的近似正方形。

試驗結(jié)果如表1所示，可見與仿真計算結(jié)果一致。在簡諧波、汶川波、唐山波地震載荷(最大加速度0.4g)作用下，經(jīng)過隔震裝置傳遞到文物上的最大加速度響應(yīng)0.06g，均小于文物傾覆的臨界橫向加速度0.125g，滿足隔震要求。

表1 地震加速度響應(yīng)

4 結(jié)論

新型隔震裝置設(shè)計方案經(jīng)動力學(xué)仿真計算表明，珍貴文物局部隔震裝置設(shè)計方案合理可行，隔震效率滿足要求，能夠?qū)崿F(xiàn)在地震中對珍貴文物的保護(hù)。試驗結(jié)果表明，設(shè)計方案與仿真計算方法正確。