一种新型珍贵文物隔震装置*

尤军峰，陈 鹏，唐春昱，张安兴，李 斌，程钟琪

(1.中国航天科技集团公司四院四十一所，西安 710025；2.固体火箭发动机燃烧、热结构与内流场国防科技重点实验室，西安 710025；3.西安碑林博物馆，西安 710049)

0 引言

目前国外采用的文物隔震装置主要有：叠层橡胶隔震支座、滑板隔震支座、滚轴式隔震装置[1]、滚轮式隔震装置[1]、摩擦摆隔震装置等，这些隔震装置不同程度地存在承载能力小、加工及装配精度要求高、摩擦力大、隔震效果差的问题。与国外相比，国内主要采用传统的支、粘、卡、绑等方法，存在破坏文物、加固效果差、影响外观等问题。

针对目前国内外珍贵文物隔震装置存在的问题，为了设计一种全新的隔震装置，本文对该新型隔震装置的设计方案进行了动力学仿真计算及试验考核。

1 新型珍贵文物隔震装置结构

新型隔震装置结构设计借鉴固体发动机珠承喷管结构设计, 采用滚珠+滑盘+回位弹簧+阻尼器的新型设计方案，承载能力大，摩擦力小，隔震效率高，环境能力强，抗老化性能好。其结构设计如图1所示。

隔震装置由滑板、支撑筒、万向球轴承(滚珠)、连接架、上下滑轨、上下滑块、回位弹簧及阻尼器、导向套筒、底板、固定架等组成。纵横X、Y每个方向上弹簧(2个)刚度系数2 N/mm(单个弹簧刚度为1 N/mm)。为避免经过共振区时振幅被放大，应安装阻尼器，每组阻尼器(2个)阻尼为0.78 N·s/mm。

2 新型珍贵文物隔震装置动力学数值仿真分析[2]

新型珍贵文物隔震装置动力学数值仿真分析有以下内容：第一部分模拟地基在2 Hz，峰值加速度0.4g的简谐激励下的摆圆运动；第二部分加载真实的汶川波和唐山波激励。

2.1 简谐波激励动力学仿真

底座的加速度时间历程与文物上的加速度时间历程如图2所示。可见，X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、唐山波激励动力学仿真分析

在汶川波、唐山波激励下，底座加速度时间历程与文物上的加速度时间历程如图3所示。可见，汶川波加速度幅值比：170/4000=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 仿真结果分析与试验验证

对该新型隔震装置进行了振动台试验考核，试验以高80 cm(质心位置高约60 cm，可算出倾覆横向加速度0.125g)，重约53 kg的人形文物仿制品模拟珍贵文物，底部支撑为150 mm×150 mm的近似正方形。

试验结果如表1所示，可见与仿真计算结果一致。在简谐波、汶川波、唐山波地震载荷(最大加速度0.4g)作用下，经过隔震装置传递到文物上的最大加速度响应0.06g，均小于文物倾覆的临界横向加速度0.125g，满足隔震要求。

表1 地震加速度响应

4 结论

新型隔震装置设计方案经动力学仿真计算表明，珍贵文物局部隔震装置设计方案合理可行，隔震效率满足要求，能够实现在地震中对珍贵文物的保护。试验结果表明，设计方案与仿真计算方法正确。