各向同性磁流变弹性体磁相关非线性动态力学行为的本构模型

各向同性磁流变弹性体是一种将磁性颗粒随机掺入到聚合物基体中制备而成的智能材料。在磁场作用下,其模量发生快速、可逆、连续变化,在振动控制领域显示出良好的应用前景。实验结果表明,各向同性磁流变弹性体的动态力学行为具有很强的频率、应变幅值和磁场相关性。尽管上述行为对于其潜在应用具有重要的影响,但目前关于各向同性磁流变弹性体磁相关非线性动态力学行为的理论研究则关注不够。为准确评价各向同性磁流变弹性体的动态力磁耦合行为,并指导其相关产品的设计,本文建立了一个基于连续介质力学理论,反映各向同性磁流变弹性体磁相关非线性动态力学行为的本构模型。随后,开发了和本构模型对应的数值实现算法,并对模型的预测能力进行了验证。该模型有助于深入理解各向同性磁流变弹性体磁相关非线性动态力学行为的潜在力学机制。此外,该模型有助于指导基于各向同性磁流变弹性体产品的设计和应用。

基于MRE的变频TMD竖向振动控制

目的研发一种基于新型智能材料磁流变弹性体(MRE)的变频调谐质量阻尼器(TMD),为弥补传统TMD的频率不可调提供理论依据.方法研究MRE剪切模量与施加电流之间的关系,采用希尔伯特-黄变换(HHT)和随机减量技术(RDT)相结合的方式对主结构频率进行精确识别,完成了变频TMD对固支梁竖向振动控制的仿真计算,分析了不同质量比对变频TMD和传统TMD减振控制的影响.结果在自行研发的变频TMD中,MRE的剪切模量会随着外加电流的增强而增大,在1.8 A左右接近饱和值.利用HHT和RDT相结合的方法对频率识别方法是精确有效的.固支梁竖向振动的仿真结果表明,变频TMD能够在固支梁频率发生变化时仍保持良好的减振效果,固支梁频率与传统TMD自振频率相差越大,在达到同样减振效果时所需要的变频TMD质量比就越小.结论基于MRE的变频TMD能够实时与主结构频率保持一致,在主结构频率发生改变时仍具备良好的减振效果,并且变频TMD在减小TMD质量比方面也具有较大的优势.

基于磁流变弹性体的调频TMD减振装置

调谐质量阻尼器(TMD)只有在TMD的固有频率与主结构自振频率一致时,才会取得良好的减振效果。而工程结构在长期使用过程中,由于刚度退化、活荷载经常变化等原因,主结构的自振频率会发生改变,大大降低了传统TMD的减振效果。为了克服上述不足,结合磁流变弹性体刚度可调的智能特性,本文提出了基于磁流变弹性体的调频TMD装置。采用HHT变换和自然激励法相结合的方法识别主结构的固有频率,之后根据识别的频率,改变磁流变弹性体的剪切模量,使得调频TMD的频率可以实时跟踪主结构的固有频率。最后对某环形步道的竖向振动响应进行了仿真分析,结果表明调频TMD克服了传统TMD的不足,可以在较宽的频率范围内取得良好的减振效果。

MCS自适应算法在非线性结构AMD控制中的应用

控制算法决定着振动控制的稳定性和减振效果,是结构AMD主动控制的核心组成部分。将最小控制综合(MCS)自适应算法运用于AMD控制结构系统,该算法不要求事先知道受控结构的精确力学模型和参数,且在受控结构进入非线性状态下也能达到很好的控制效果。利用拉格朗日方程推导了采用MCS算法的非线性结构AMD系统的控制方程;在小型振动台上对刚度突变结构进行了控制试验。试验结果表明:采用MCS自适应算法的AMD系统可以有效地减小刚度突变结构响应,并且可让实际结构响应与参考模型预期响应保持一致,达到满意的减振效果。