新型磁流变脂阻尼器研发及性能研究

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在结构振动控制领域,智能隔震结构由凭借其优越的减震效果和低耗能的特点成为了广大学者的研究热点之一。而磁流变阻尼器(MRD)因其可调范围宽和响应速度快的特点在智能隔震结构方面更是得到了学者的青睐。然而,现有的MRD都是基于单向出力研发的并且无法解决磁流变液久置沉降的问题,而实际的地震作用并不限于单一方向。本文针对现有磁流变阻尼器的不足,提出一种具有双向出力的新型磁流变脂阻尼器,对其参数进行影响分析,利用ANSYS Workbench分别对磁场和阻尼力进行参数影响分析,同时还对阻尼器的优化分别从磁路-阻尼通道和阻尼通道-磁路两方面进行研究;利用液压伺服作动器对阻尼器进行性能试验,通过实验数据对Bouc-Wen模型进行参数识别,将识别的力学模型与智能隔震结构结合,对比智能隔震结构与普通隔震结构和被动隔震结构的减振效果。本文的主要研究内容如下:(1)提出一种具有双向出力的新型磁流变脂阻尼器,并对阻尼器磁场参数影响进行分析。通过设置滑道和磁流变脂,使阻尼器实现双向出力且避免磁流变液久置沉降,。基于麦克斯韦电磁场理论,利用ANSYS Workbench平台对磁流变脂阻尼器进行磁场参数影响分析。研究表明:本文所提出的新型阻尼器构造合理,线圈与磁流变液分离,方便线圈的维修和更换;阻尼器间隙厚度、铁芯直径、线圈匝数和电流大小对间隙处磁感应强度影响较大,导磁块厚度与铁芯直径比值不应大于2.5。(2)对本文提出的磁流变脂阻尼器参数进行分析,提出阻尼器磁路和流体优化流程。利用ANSYS Workbench平台,采用遗传算法对阻尼器参数进行多目标优化。分析表明:磁流变脂屈服后,阻尼力与垂直通过磁流变液的磁场强度和面积的大小正相关;磁流变脂屈服前,凹槽直径及凹槽间距对阻尼力的影响较大,当凹槽直径增加100%和间隙厚度变化400%时,阻尼力变成分别达41.7%和30%。(3)对该新型磁流变脂阻尼器的滞回性能进行性能实验。利用液压伺服作动器,研究加载幅值、频率和电流等因素对磁流变脂阻尼器性能的实际影响;基于Bouc-Wen模型,采用最小二乘法对模型进行识别。分析结果表明,Bouc-Wen模型能够有效描述该阻尼器力学性能,即本文提出的新型磁流变脂阻尼器有着良好稳定的力学性能。。(4)研究设置双向磁流变脂阻尼器的智能隔震结构的减震效果。以某一五层隔震结构为例,采用拟负刚度控制算法,利用MATLAB对其进行数值分析,并将分析结果与普通隔震结构、passive off和passive on的被动隔震结构进行比较。分析结果表明:与passive on的被动隔震结构相比,智能隔震结构不会明显地放大上部结构的地震响应;与passive off的被动隔震结构和普通隔震结构相比,智能隔震结构能够有效的限制隔震层的位移,即智能隔震结构在有效减小隔震层位移的同时不会明显地放大上部结构的响应。
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