什么是阻尼(阻尼特性是什么)-29 17:35中国数字科技馆。

最近，整个上海市都经历了暴雨和局部暴雨。随着台风“烟花”的临近，上海持续大风大雨，雨时强时弱。“烟花”来势汹汹。上海摩天大楼怎么能像泰山一样稳？

原来，在被称为中国第一高楼的上海铁塔上，可以称之为“镇楼神器”的阻尼器开始摆动，以减轻摩天大楼的振动。

阻尼器是什么？为什么一个小小的阻尼器能稳定几百米高的建筑？

阻尼，其实是一种很常见的物理现象。简单来说就是阻碍物体的运动，如空空气阻尼、油阻尼、粘性阻尼、摩擦阻尼、涡流阻尼等。，这是我们日常生活中经常遇到的。阻尼器就是利用这种现象制造出来的实用工具。比如汽车中常见的减震器，其实就是一种减震器。

阻尼器可以理解为一种能量转换器。我们都知道能量守恒定律——也就是说，在一个封闭系统中，能量不会消失或被空产生，但能量可以相互转化。比如汽车遇到山脊上下振动，这个“运动”就是机械能，导致弹簧变形。在变形过程中，一些能量会转化为弹簧内部的能量。

知道什么是阻尼器，为什么高层建筑需要阻尼器？

首先，建筑物振动主要有两个原因。一个原因是地震，所以建筑会自然振动，另一个原因是风致振动效应。国内大部分建筑不在地震带，所以这里只介绍风振效应。

风振效应涉及的知识非常复杂，简单介绍一下。拿起一张白纸，用嘴用力吹风，你会感觉到纸在明显震动。同样，这座超高建筑自建成以来，每天都在遭受这样的“破坏”。如果不采取措施，住在里面的人会对建筑本身无法忍受。

对于一般的钢筋混凝土建筑，钢筋本身是有弹性的，所以我们可以把建筑看成一个大的阻尼器。建筑越高，风致振动效应越明显，建筑结构强度不足以缓解振动。因此，需要采取一些措施来减轻振动，风阻尼器应运而生。

风阻尼器一般称为调谐质量阻尼器。调谐质量阻尼器一般由质量、弹簧和阻尼系统(产生阻尼的装置)三部分组成。

根据阻尼系统，主要有油阻尼、粘弹性阻尼、粘性阻尼、涡流阻尼等。油阻尼是最早使用的代表性阻尼元件，但由于液压油本身的质量特性，容易受到温度的影响，阻尼系数会发生变化。

除了涡流阻尼器，其他形式的阻尼都存在性能不稳定和维护频繁的缺点。涡流调谐质量阻尼器采用电磁铁或永磁体，无机械摩擦，无润滑，无非接触维护。当建筑物向左转动时，阻尼器向右转动，这种从左向右的方式成功地解决了楼梯的振动。这种阻尼器在上海大厦使用，但具有创新性。

据新闻报道，上海中心大厦采用了世界上第一台摆式涡流调谐质量阻尼器。

所谓钟摆，就像钟摆一样，悬挂在空进行摆动。没有任何措施，摆动的钟摆在空空气阻力和绳索摩擦的作用下会慢慢停止，但这个过程太慢，需要附上强大的阻尼系统。

涡流是阻尼器采用的阻尼系统。当静磁场中的导体板以一定的相对速度运动时，导体板中的磁通量发生变化，产生感应电流，即涡流，可产生与静磁场相反的磁场(感应电场)，阻碍导体板与静磁场的相对运动。

在感应磁场和永磁磁场的相互作用下，晃动的质量可以迅速将动能转化为内能，耗散掉，建筑归于平静。

据上海中心大厦工作人员介绍，阻尼器单侧摆动的极限为1m，可以减少强风作用下高层建筑的晃动，帮助超高层建筑保持建筑稳定安全，让楼内90%的人感受到更大的舒适感。自2016年开通以来，上海大厦阻尼器的振幅一直没有达到极限状态。

有了一个1000吨重的阻尼器，你风暴的时候我会站着不动。由此，上海铁塔成功经受住了这场超强台风“烟火”的考验。

(作者:梁嘉琪)

科学控制:罗，中国科学院物理研究所副研究员。

参考资料:新华网科技日报。

本文来自:中国数字科技馆。

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