میراگر هیدرولیکی ویسکوز

سیستم های میراگر ویسکوز مایع (Viscous Fluid Damper) یا همان دمپر ویسکوز، تجهیزاتی هیدرولیکی هستند که جهت استهلاک انرژی جنبشی ناشی از ارتعاشات لرزه ای یا مقابله با ضربات بین سازه ها، به کار می روند. این تجهیزات متنوع اند و می توانند به گونه ای طراحی شوند که بار مورد نظر (مثلاً بار زلزله و باد) را مستهلک نموده، ولی در برابر باقی شرایط مانند حرکات ناشی از حرارت، اجازه ی حرکت آزادانه را به سازه بدهند.

اين ميراگر، که بسيار شبيه به جذب کننده ضربه در اتومبيل است، شامل يک استوانه است که با يک مايع  با لزجت بالا پر مي‌شود. پيستون از يک سمت به مايع فشار وارد مي‌کند و مايع از سمت ديگر به تدريج خارج مي‌شود. اتلاف انرژي به وسيله اصطکاک داخلی (لزجت) مايع صورت مي‌گيرد. نيروي مقاومي که اين وسيله فراهم مي‌کند متناسب با جابجايي و سرعت نسبي دو طرف آن است. این نوع میراگر جهت انواع ارتعاشات با دامنه زیاد مانند زلزله یا کم مانند باد یا ارتعاشات پل مناسب و کارآمد است.

میراگر ویسکوز مایع شامل سیلندر روغن، مایع ویسکوز، پیستون، میله پیستون، پوشش محافظ داخلی و سایر بخش های اصلی است. پیستون باید حرکتی متقابل را در سیلندر روغن ایجاد نماید. پیستون محاط در ساختار میراگر بوده و سیلندر روغن پر از مایع میراکننده است.

میراگر ویسکوز اولین بار در قرن نوزدهم به منظور خنثی‌ سازی اثرات ضربه توپ در کشتی‌ ها مورد استفاده قرار گرفت. بعدها استفاده از این وسایل در صنعت هوا فضا برای پرتاب موشک و صنایع نظامی گسترش زیادی یافت. تا اینکه در نیمه اول قرن بیستم از این تکنولوژی در کارخانه های خودروسازی نیز استفاده شد. ورود میراگر ویسکوز به صنعت مقاوم سازی ساختمان با انجام آزمایشاتی در دانشگاه بوفالو آغاز شد. در واقع می‌ توان با استفاده از سیالات به شکل مؤثری برای دستیابی به سطح مطلوب کنترل ارتعاشات دست یافت. تلاش‌های اصلی برای توسعه میراگرهای ویسکوز  جهت مصارف سازه‌ای در طی سال‌های گذشته، با بهره‌گیری از تجارب صنایع سنگین و نظامی صورت گرفت. یک روش طراحی سهل الوصول بر اساس الگوی پیستون کلاسیک می‌ باشد. در این مورد استهلاک انرژی با تبدیل انرژی مکانیکی به حرارت، از طریق ایجاد تغییرشکل در یک ماده ضخیم و بسیار لزج به واسطه یک پیستون، به انجام می‌ رسد.

عملکرد میراگر ویسکوز

وقتی سازه با محرکی خارجی (مانند ارتعاش باد و زلزله) مواجه شود، دچار تغییر شکل شده و دمپر (میراگر) را به حرکت وا می دارد. در این حالت در بین دو سر پیستون در دمپر، اختلاف فشار ایجاد می شود. در این شرایط مایع ویسکوز میان پیستون و محفظه دمپر ویسکوز حرکت کرده و به واسطه لزجت خود، موجب میرایی و تبدیل انرژی مکانیکی به حرارتی (استهلاک انرژی) می شود. این امر موجب کاهش ارتعاشات در سازه می شود. در واقع وقتی دو سر دمپر با سرعت نسبت به هم از یکدیگر دور یا به هم نزدیک شوند، پیستون مرکزی بین یک محفظه پر شده از سیال سیلیکونی حرکت می کند. با حرکت پیستون، سیال برای ثابت ماندن حجم در دو طرف پیستون مجبور است از روزنه‌هایی که در اطراف و مرکز پیستون تعبیه شده است، عبور کند. به‌ دلیل ریز بودن روزنه‌های پیستون سرعت سیال در سمت خروجی بسیار زیاد است. بنابراین تقریباً تمام فشار بالادستی به انرژی جنبشی تبدیل می شود.

میراگر ویسکوز مایع، امروزه به شکل گسترده ای در مهندسی سازه به عنوان راه حلی بسیار مؤثر در استهلاک انرژی، به کار می رود:

• ساختمان های مسکونی، اداری، مجتمع های بزرگ تجاری و ساختمان های بلندمرتبه و با دهانه های بزرگ.
• مراکز مدیریت بحران مانند بیمارستان ها، مدارس، ساختمان های مهم دولتی، مراکز آتشنشانی، ساختمان های نظامی و انتظامی و …
• مصارف صنعتی مانند استفاده در سازه ی کارخانه ها، تجهیزات صنعتی و …
• پل های راه و راه آهن.
• مصارف نظامی.
• نیروگاه ها، پتروشیمی و …