刹车片材料在摩擦阻尼器中的可重复阻尼行为研究：无维护干预下的重复加载实验评估

为提升摩擦阻尼器(FD)在多次地震序列中的可重复使用性能，研究人员创新性地采用三种商用刹车片材料(PRAF、PRIW、PM)作为摩擦垫片，通过双序列加载实验验证其无维护条件下的阻尼稳定性。结果表明，PM材料经磨合期后表现出最高的摩擦强度与能耗能力，PRAF/PRIW组在摩擦强度与疲劳抗性方面具有优异可重复性，且所有材料均未对金属接触面造成磨损，为提升基础设施抗震韧性提供了新思路。

　　

在地震频发的当今世界，如何让建筑结构既能抵御主震冲击又能承受后续余震的连续考验，成为工程界亟待解决的难题。传统摩擦阻尼器(Friction Damper, FD)虽能有效耗散地震能量，但在多次滑动后往往需要维护才能恢复性能——而现实中的余震序列几乎不会给人类留下维修窗口。更棘手的是，现有金属摩擦垫片会在反复滑动中磨损关键承重构件表面，这种"杀敌一千自损八百"的特性严重限制了其在承重结构中的应用。

受汽车刹车片不损伤轮毂现象的启发，同济大学研究人员独辟蹊径，将三种工业级刹车片材料引入对称式摩擦阻尼器：含芳纶纤维的酚醛树脂(PRAF)、含细铁丝的酚醛树脂(PRIW)以及铁基粉末冶金材料(PM)。通过模拟主余震序列的双阶段加载实验（42次循环/阶段，间隔期不做任何维护），系统评估了这些材料在8.93 MPa和14.88 MPa两种初始接触压力下的性能表现。

研究采用恒定5 mm/s加载速率，通过监测螺栓预紧力波动、接触面温度变化以及摩擦系数(μ)和摩擦强度的稳定性等关键参数，揭示了三种材料的性能差异。高精度硬度测试(维氏硬度HV)和表面粗糙度分析(Ra)为材料选择提供了量化依据，而双阶段加载协议则创新性地模拟了真实地震场景中的维护困境。

磨损现象
拆解检测显示，所有试样均未在304不锈钢滑槽板上留下可见磨损痕迹，这与传统金属垫片形成鲜明对比。仅PM组试样在滑动时产生可闻噪声，显微镜下可见微量来自刹车片本身的磨损碎屑，但接触面光洁度保持完好，证实了刹车片材料"自磨损而不伤他"的独特优势。

结果分析
力-位移滞回曲线揭示了三类材料的特性：PRAF组展现最稳定的μ值(0.25-0.28)，但能耗能力相对较低；PRIW因铁纤维的增强作用使μ值提升至0.3-0.35；PM组则呈现独特的"磨合效应"——初始滑动阶段μ值持续增长，完成磨合后其摩擦强度(14.88 MPa压力下达45 kN)和累积能耗量反超其他两组。温度监测显示所有试样温升均未超过60°C，排除了热衰退对结果的干扰。

结论与展望
该研究首次系统论证了刹车片材料在无维护条件下实现可重复阻尼行为的可行性：PM材料适合需要高耗能能力的场景，PRAF/PRIW则适用于要求稳定摩擦性能的承重节点。这种"即装即用"的特性使其特别适用于偏远地区或应急避难场所的建设。论文发表在《Soil Dynamics and Earthquake Engineering》，为抗震设计范式从"生命保全"向"功能可恢复"转型提供了关键技术支撑。未来研究可进一步探索材料配方优化及其在三维地震动作用下的长期性能。