地震发生时，来自地震波的作用力会削弱建筑的稳定性。设计人员可以通过一些减震控制措施来增强这类结构的灵活性，并提升它的安全等级。本篇博客中，我们将介绍一个研究团队如何使用 COMSOL Multiphysics来研究基座隔振系统的影响，以及他们对各种性能提升方案的探索。

　　结构的减震控制

　　振动是地震Z常见的影响之一。根据地震波的大小与震级，振动可能造成不同等级的破坏。在建筑中，这类波可能会造成建筑不稳，甚至在Z严重的情况下发生坍塌。

　　设计建筑时，地震控制是一个要考虑的重要因素。这一点尤其适用于较高层的建筑，在地震中它们会给人类的生命带来极大的威胁。这类控制可以通过各种技术实现，其中之一是不借助外部能量来源的被动控制方法。

　　基座隔振系统就是这样的一类系统。从名称中可以推断出，基座隔振系统通过轴承将建筑基座与地基分隔开。轴承起着隔离器的作用，它使地震波发生偏转并能吸收地震波，使建筑免受振动力的破坏。

　　固定基座与隔离基座系统，图片由R.Sugumar、C.S.Kumar和T.K.Datta。
　　基座隔振系统易于建造和安装，并能加装在现有建筑上，因此颇受人们的重视。这类系统可有效应用于较高的多层建筑，以及超过20层的楼房。

　　铅橡胶轴承对建筑框架地震响应的影响
　　使用COMSOL Multiphysics中的“非线性结构材料”模块，印度的一组研究人员开始分析基座隔振系统的效率，以及如何优化它的性能。他们在COMSOL用户年会2014班加罗尔站展示了他们的研究成果。

　　在分析中，层压橡胶轴承（LRB）作为隔离器。LRB包含多个橡胶层，在不同层间插入钢制垫片，它非常灵活，因此能使地震波发生偏转，然后又能通过塑性变形来吸收振动的能量。此外，它的铅芯还会进一步耗散该能量。这里，LRB的钢制组件被处理为弹塑性材料，橡胶作为超弹性材料，铅作为理想弹塑性模型。

　　LRB截面示意图，图片由R.Sugumar、C.S.Kumar和T.K.Datta。

　　研究团队选择了一个两层的单跨框架结构作为考察对象，其中包括如低碳钢类的软钢。他们在研究中分析了两个框架：一个纯框架和一个包含基座隔振系统的框架。
　　对结构执行了一次特征模式分析，通过前两次的特征频率分析确定了它们的阻尼属性，并假定阻尼比例为0.02，随即将这些阻尼属性加入瞬态分析。作用在结构上的力由预录的地震时程推导而出，如下图所示。

　　预录的地震加速度，图片由R.Sugumar、C.S.Kumar和T.K.Datta。
　　然后，对比了纯框架与基座隔振系统框架施加的地震加速度的响应。结果显示隔离器的存在减弱了框架的振动响应，突出了本方法在为结构提供减振控制方面的有效性。此外，研究人员注意到，修改材料属性与隔离器的尺寸能够进一步增强LRB的震动控制能力。

　　纯框架（未受控）与包含基座隔振系统框架（受控）响应的对比，图片由R.Sugumar、C.S.Kumar和T.K.Datta。

　　总结
　　借助这一研究，我们理解了在基座隔振系统中采用层压橡胶轴承作为结构减震控制措施的原因。仿真揭示了不同参数对隔离系统性能的影响，并帮助提升了它的减震能力。这里执行的分析同样适用于其他类型的轴承，也突出了COMSOL Multiphysics有限元分析软件中非线性材料模块和仿真的强大之处，及其广泛的应用范围。