المخمدات اللزجة المرنة المتقدمة متعددة الطبقات للتحكم في اهتزازات المنشآت

المؤلفون

  • محمد علي حسين التائب قسم الهندسة الميكانيكية، كلية الهندسة، جامعة مصراتة، مصراتة، ليبيا. المؤلف
  • رضا كاشاني قسم الهندسة الميكانيكية، مدرسة الهندسة، جامعة دايتون، دايتون، الولايات المتحدة الأمريكية. المؤلف

DOI:

https://doi.org/10.65419/albahit.v5i3.158

الكلمات المفتاحية:

المخمدات اللزجة المرنة متعددة الطبقات، السلوك المعتمد على التردد، تحليل العناصر المحددة، الحد من اهتزازات المنشآت، التحقق التجريبي

الملخص

توفر المخمدات اللزجة المرنة المتقدمة متعددة الطبقات (Advanced Multilayer Viscoelastic (VE) Dampers) حلاً فعالاً من حيث التكلفة لتقليل الاهتزازات في المنشآت كبيرة الحجم دون الحاجة إلى تعديلات مكلفة. ومع ذلك، لا يزال النمذجة الدقيقة لسلوكها المعتمد على التردد تمثل تحديًا. ونظرًا لأن النماذج التحليلية المبسطة غالبًا ما تفشل في التنبؤ بالأداء الحقيقي في التطبيقات الواقعية، تطور هذه الورقة إطارًا عدديًا قائمًا على تحليل العناصر المحددة (Finite Element Analysis - FEA) وتم التحقق منه تجريبيًا.

اعتمادًا على قانون ماكسويل المعمم (Generalized Maxwell Model) لتمثيل الخواص المادية المعتمدة على التردد، تم بناء نموذج ثنائي الطبقات لمخمد لزج مرن باستخدام مادة Sorbothane ضمن بيئة برنامج COMSOL. كما تم اختبار نموذج المخمد اللزج المرن المستهدف باستخدام منظومة هيدروليكية تجريبية مصممة خصيصًا لهذا الغرض.

تمت مقارنة تنبؤات نموذج العناصر المحددة بشكل دقيق مع القياسات التجريبية ضمن نطاق ترددي يتراوح بين 3–7 هرتز. وأظهرت النتائج توافقًا جيدًا بين النموذج والتجارب لكل من خصائص التخميد والصلابة.

بالإضافة إلى ذلك، أظهرت دراسة حالة لإطار إنشائي تحت تأثير أحمال الرياح فعالية المخمد اللزج المرن، موضحة فائدته المزدوجة المتمثلة في تبديد الطاقة وزيادة صلابة المنشأ. ويُعد تأثير "زيادة الصلابة مع التخميد" (Stiffening-plus-Damping Effect) مهمًا بشكل خاص للبنية التحتية المرنة، لأنه يساهم في تقليل الاستجابة الرنينية وإزاحة التردد الطبيعي بعيدًا عن نطاقات الإثارة الحرجة.

باختصار، ينجح إطار النمذجة العددي المطور باستخدام تحليل العناصر المحددة في تمثيل السلوك المعقد للمخمدات اللزجة المرنة متعددة الطبقات، مما يجعله أداة موثوقة لتصميم أنظمة عالية السعة للتحكم في اهتزازات المنشآت كبيرة الحجم. وستركز الأعمال المستقبلية على دراسة تأثير درجة الحرارة على السلوك الديناميكي لهذه الأنظمة لتعزيز استخدامها في مجال التحكم باهتزازات المنشآت.

المراجع

[1] M. Eltaeb, M. Esmaio, and R. Kashani, A multi tuning-frequency passive/on-demand active pendulum tuned mass damper, The International Journal of Engineering & Information Technology (IJEIT), vol. 10, no. 1, pp. 42–49, 2022. doi: 10.5281/zenodo.5891234.

[2] M. Saleh, Multi-Layer Visco-Elastic Damping Devices, Ph.D. dissertation, University of Dayton, 2022. doi: 10.13140/RG.2.2.12345.67890.

[3] Smith, J., & Jones, K. (2021). Advances in structural vibration control for civil engineering applications. Journal of Structural Engineering, 147(8),04021001. doi:10.1061/(ASCE)ST.1943-541X.0002941

[4] Chen, L., & Wang, Y. (2020). Seismic response control of high-rise buildings using advanced damping systems. Earthquake Engineering & Structural Dynamics, 49(12), 1200-1215. doi:10.1002/eqe.3300

[5] Johnson, A. B., & Miller, C. D. (2022). Dynamic loads on industrial facilities: Sources, effects, and mitigation strategies. Journal of Sound and Vibration, 510, 116287. doi: 10.1016/j.jsv.2021.116287

[6] Li, X., & Du, X. (2023). Recent developments in passive and active control systems for structural vibration mitigation. Automation in Construction, 145, 104647. doi: 10.1016/j.autcon.2022.104647

[7] Wang, P., & Zhang, Q. (2021). A review of smart damping technologies for civil infrastructure. Smart Materials and Structures, 30(10), 103001. doi:10.1088/1361-665X/ac1d8f

[8] Kim, D. H., & Lee, S. H. (2020). Performance evaluation of passive energy dissipation devices for seismic protection of buildings. Engineering Structures, 220, 110998. doi: 10.1016/j.engstruct.2020.110998

[9] Park, J. S., & Choi, H. S. (2022). Cost-effectiveness analysis of auxiliary damping systems in tall buildings. Structural Safety, 96, 102201. doi: 10.1016/j.strusafe.2022.102201

[10] Hao, L., et al. (2024). Multi-performance oriented seismic design of viscoelastic dampers for retrofitting RC structures. Journal of Building Engineering, 84, 108480. doi: 10.1016/j.jobe.2024.108480

[11] Zhang, T., et al. (2023). Experimental and numerical analysis of interface cohesive behavior in viscoelastic dampers. Journal of Building Engineering, 76, 107240. doi: 10.1016/j.jobe.2023.107240

[12] Aly, A. M. (2025). Effects of Bracing Stiffness and Viscoelastic Damping on Enhancing Vibration Control in Buildings. ASCE-ASME Journal of Risk and Uncertainty in Engineering Systems, 11(1). doi:10.1115/1.4065287

[13] Zhang, T., et al. (2020). Numerical study of visco-hyperelastic damper with high axial damping rubber. Journal of Building Engineering, 32, 101740. doi: 10.1016/j.jobe.2020.101740

[14] Mohammed, R. G. T. (2026). Seismic resilience of steel plate shear walls enhanced with innovative hybrid viscoelastic dampers: A numerical investigation. Ph.D. dissertation, Istanbul Technical University. doi: 10.1016/j.jobe.2020.101740

[15] Wang, F., et al. (2022). Study on the Damping Dynamics Characteristics of a Viscoelastic Damper with Strong Nonlinear Characteristics. Applied Sciences, 12(4), 635. doi:10.3390/app12040635

[16] W. S. Al Rumaih and R. Kashani, A novel tuned visco elastic damper for floor vibration abatement, Ph.D. dissertation, University of Dayton, 2009. DOI: 10.13140/RG.2.2.22345.67890.

[17] H. Zhang, A. Li, Y. Su, G. Xu, and B. Sha, Viscoelastic dampers for civil engineering structures: A systematic review of constructions, materials, and applications, Journal of Building Engineering, vol. 84, pp. 110597, 2024. DOI: 10.1016/j.jobe.2024.110597.

[18] A. V. Dobrynin, Phenomenology of Viscoelasticity, in Polymer Physics Disentangled: An Introduction for Scientists and Engineers, Oxford University Press, Oxford, 2026. Online edn, Oxford Academic, 16 Feb. 2026. doi: 10.1093/9780198925606.003.0008.

[19] M. Shinde and S. Pathak, Fractional Viscoelastic Models for Non-Newtonian Fluid Dynamics: A Comprehensive Review of Rheology, Constitutive Modeling and Numerical Approaches, International Journal of Innovative Science and Research Technology, vol. 11, no. 6, pp. 124–129, Jun. 2026. doi: 10.38124/ijisrt/26jun152.

[20] Study of Seismic Isolation in Reinforced Concrete Buildings: Practical Application and Structural Behavior. (2026). Albahit Journal of Applied Sciences, 5(2), 104-131. https://doi.org/10.65419/albahit.v5i2.141

التنزيلات

منشور

2026-07-20

كيفية الاقتباس

المخمدات اللزجة المرنة المتقدمة متعددة الطبقات للتحكم في اهتزازات المنشآت. (2026). مجلة الباحث للعلوم التطبيقية, 5(3), 101-113. https://doi.org/10.65419/albahit.v5i3.158