基于Bouc-Wen模型等效线性化的磁流变弹性体调谐质量阻尼器优化设计

大多高柔结构属风敏感结构,在脉动风荷载作用下会产生较大振幅,从而影响结构的安全使用和正常运行。因此,该类结构的风致振动问题应该进行分析和控制,保证结构的安全使用和正常运行。TMD通过与主结构调谐共振从而降低结构的响应,采用MRE材料制成的MRE TMD具有和TMD相同的被动控制效果。为了保证被动MRE TMD在调谐减振中保持最佳的减振效果,本文以施工桥塔为研究对象并通过等效线性化对MRE TMD进行了优化设计,然后通过谐波叠加法进行风荷载的模拟,最后通过数值分析进行了MRE TMD在风荷载作用下的减振效果研究。研究表明,采用Bouc-Wen模型等效线性化进行MRE TMD优化设计的结果可靠且有效,且优化后的MRE TMD不仅保留了原有的变频调谐性能,同时具有很好的脉动风致振动控制效果。

挤压式磁流变弹性体阻尼器-转子系统的振动特性试验

磁流变(MR)弹性体是一种由铁磁颗粒和橡胶或凝胶混合而成的磁流变固体材料,其明显优点是颗粒不会随时间而沉降,也不需要密封装置。研制了一种自定心挤压式磁流变弹性体阻尼器,并测试了支承在该阻尼器上的柔性转子系统的不平衡响应特性。试验发现,随着磁场强度增加,磁流变弹性体阻尼器的阻尼和刚度明显增大;转子系统的一阶临界转速明显提高,二阶临界振动可被抑制。采用开关控制能抑制转子通过两阶临界转速过程中的振动。研究表明,挤压式磁流变弹性体阻尼器能用于转子振动主动控制,并具有结构简单、性能稳定、控振效果明显等特点。

磁流变弹性体阻尼器的设计及其磁路分析

高温合金叶轮是航空发动机的核心零件,但高温合金叶轮在加工过程中容易产生振动。因此针对加工高温合金叶轮过程中容易产生振动的情况,基于挤压工作模式,设计了一款磁流变弹性体振动抑制阻尼器。并对所设计的磁流变弹性体振动抑制阻尼器的整个磁路进行了计算和分析。分析结果表明,所设计的磁流变弹性体振动抑制阻尼器的间隙部分磁阻最大,而整个磁流变弹性体振动抑制阻尼器的磁路设计合理,磁场强度符合设计要求,且阻尼器具有较大的可调节范围。

剪切式磁流变弹性体阻尼器力学性能研究

与磁流变液相比,磁流变弹性体表现出较好的稳定性。研制了几种用还原铁粉制备的磁流变弹性体,应用在剪切式磁流变弹性体阻尼器上,测试在外部磁场作用下弹性体的剪切模量。通过剪切模量与外加磁场的变化关系,分析磁流变弹性体的力学性能随磁场变化的规律,并把这种剪切式磁流变弹性体阻尼器应用于转子振动控制系统试验研究剪切模量的变化对转子系统振动特性的影响。

挤压式磁流变弹性体阻尼器力学性能测试与分析

磁流变弹性体是一种由铁磁颗粒和凝胶混合而成的可控智能材料。这种弹性材料的最大的优点是颗粒不会随时间而沉降,也不需要密封装置。研制了几种还原铁粉制备的磁流变弹性体,并设计了一种挤压式磁流变弹性体阻尼器,测试在外加磁场条件下弹性体的弹性模量;由弹性模量与磁场强度的关系来分析磁流变弹性体的力学性能随磁场变换的规律,并结合磁流变弹性体阻尼器在转子振动控制上的应用来说明弹性模量的变化对临界转速的影响。

磁流变弹性体阻尼器的磁路优化及有限元分析

为优化磁流变弹性体MRE阻尼器的磁路性能,选取线圈、弹性体、导磁体等关键尺寸作为优化参数,应用ANSYS参数化语言APDL,对MRE阻尼器模型进行了优化设计,分析不同输入电流值对磁感应强度的影响。结果表明：磁流变弹性体中节点的最大磁感应强度从0.72 T增加到0.98 T;当线圈中通入0~2 A的控制电流时,随着电流值的增大,磁流变弹性体的磁感应强度不断增加并优先达到磁饱和;在输入最大控制电流2 A时,磁流变弹性体的磁感应强度达到饱和值0.8 T,比优化前的0.7 T增加了14.29%,磁滞效应得到有效发挥。

磁流变弹性体阻尼器-转子系统的脉冲响应试验研究

磁流变弹性体是具有磁流变效应的新型智能材料,其弹性模量和阻尼具有可控性。设计制作了一种剪切式磁流变弹性体阻尼器,试验研究了支承在该阻尼器上的单盘悬臂转子系统在静止状态下的脉冲激振响应,并分析了系统的力学特性。试验发现,磁流变弹性体阻尼器的刚度和阻尼随施加磁场强度的增加而增大;转子系统的共振频率也随施加磁场强度的增加而增大。

磁流变弹性体阻尼器的设计及磁路分析

针对高速切削加工过程中产生振动的情况,基于剪切模式,设计了一种磁流变弹性体阻尼器,针对磁流变弹性体阻尼器的典型磁路结构,阐述了磁路设计原理,研究了磁路计算方法,并利用ANSYS软件对其磁路结构进行了分析验证。仿真结果的分析有助于优化磁路结构,使所设计的磁流变弹性体阻尼器的磁场效能得到最大的发挥。

磁流变调谐质量阻尼器在海上风机振动控制中的应用

针对近海风机在风、波浪和地震3种载荷作用下的振动控制问题,提出了基于磁流变弹性体(magnetorheological elastomer,MRE)调谐质量阻尼器(tuned mass damper,TMD)的海上风机半主动控制方法。首先,介绍了MRE的变刚度磁致力学特性及面向海上减振需求的MRE-TMD结构设计原理;其次,建立了海上风机-TMD动力学模型,计算了风、波浪及地震激励载荷;再次,应用半主动控制算法跟踪识别风机塔筒顶端响应的频率,实时调节MRE-TMD的刚度,进而对海上风机进行振动控制。通过分析导管架式近海风机在多种载荷作用下的动力响应可知,采用基于MRE-TMD的控制方法能够有效衰减导管架式海上风机在多种载荷作用下的振动响应。与被动TMD相比,MRE-TMD具有较好的减振效果,为海上风机振动控制提供了一种新的解决思路。

磁流变弹性体阻尼器-转子系统的移频特性研究

磁流变弹性体中铁磁颗粒成分对磁流变弹性体阻尼器的刚度可控特性具有重要影响。研制了分别由大颗粒和小颗粒铁粉制备的多种不同质量分数的磁流变弹性体,采用一种挤压式磁流变弹性体阻尼器-柔性转子系统研究铁粉颗粒直径和质量分数对转子系统临界转速的影响。试验结果表明,含有大颗粒铁粉的弹性体阻尼器在小电流时就有明显的移频作用。在相同控制电流条件下,由小颗粒铁粉制备的弹性体阻尼器-转子系统,随铁粉质量分数的增加,系统的临界转速变化(移频特性)越明显;而由大颗粒铁粉制备的弹性体阻尼器-转子系统,其临界转速随铁粉质量分数的变化规律与小颗粒铁粉的刚好相反。

磁流变式调谐液柱阻尼器对地震作用的控制研究

磁流变式调谐液柱阻尼器(MR-TLCD)是在调谐液柱阻尼器(TLCD)基础上发展的一种新型减振装置。建立了MR-TLCD数学模型,采用了等效阻尼线性化处理方法,分析了地震作用下对不同质量比、频率比以及可调控制剪切力等参数变化下对减振效果的影响。结果证明,磁流变式调谐液柱阻尼器对地震作用下单自由振动控制具有良好的控制效果。

粘滞阻尼器和磁流变弹性体阻尼器对工业厂房的混合震动控制

以醋酸厂钢结构化工厂房为研究对象,该厂房为带有设备的偏心工业厂房,在结构体系震动响应较大的地方装设阻尼器。分析粘滞阻尼器对设备的震动控制效果和磁流变弹性体阻尼器对钢框架的震动控制效果。针对设备和钢框架结构的震动控制问题,提出了3种震动控制方案,通过对这3种减震方案的减震效果、控制策略难易等方面的对比,优选粘滞阻尼器和磁流变弹性体阻尼器的混合震动控制方案。

磁流变式调谐液柱阻尼器对结构风致抖振控制研究

磁流变式调谐液柱阻尼器(MR-TLCD)是由调谐液柱阻尼器(TLCD)和磁流变液阻尼器(MRD)组成的新型半主动控制装置。建立了含有半主动控制力项的MR-TLCD力学模型以及MR-TLCD与单自由结构耦合运动方程,等效线性化处理了MR-TLCD力学方程中的非线性阻尼项。采用谱分析方法研究了MR-TLCD对单自由结构风致抖振情况下控制效果。研究结果表明,在质量比和频率比一定的情况下,MR-TLCD能够通过只改变外接电源进而改变MR-TLCD阻尼力即可实现良好的优化减振性能。且加速度控制效果优于位移控制效果。

磁流变式调谐液柱阻尼器抑制结构地震作用半主动控制

磁流变式调谐液柱阻尼器(MR-TLCD)是由调谐液柱阻尼器(TLCD)和磁流变液阻尼器(MRD)组成的新型半主动控制装置。依据Lagrange方程建立了MR-TLCD与单自由结构耦合运动方程,基于线性二次型经典控制计算出最优主动控制力,采用Bang-Bang、离复位以及限界Hrovat最优控制三种算法来实现半主动控制策略,以Northridge地震动为例在Matlab/Simulink模块下进行了仿真计算。结果表明三种半主动控制策略中离复位控制最优,限界Harvot,Bang-Bang次之,且都优于被动控制效果。相对位移控制效果好于相对加速度,均方根值效果好于峰值效果。但MR-TLCD抑制结构受到此类特征周期地震作用时有放大加速度峰值可能。

磁流变式调谐液柱阻尼器的两级双态半主动控制

磁流变式调谐液柱阻尼器(MR-TLCD)是由调谐液柱阻尼器(TLCD)和磁流变液阻尼器(MRD)组成的新型半主动控制装置。依据Lagrange方程建立MR-TLCD与单自由度结构耦合动力方程,从耗能受力角度详细阐述MR阻尼力、TLCD液体恢复力是阻尼力还是负阻尼力。基于MTALAB/Simulink工具箱,仿真分析单自由度被控结构受风致振动时简单双态控制、离复位控制和两级双态控制三种半主动算法下的减振效果。结果表明提出的两级双态控制算法效果最优,离复位控制次之,简单双态控制远好于被动控制效果。综合考虑MR-TLCD与被控结构组成的动力系统,两级双态控制最趋于稳定。三种控制算法均显示良好控制效果,且结构位移控制效果略好于结构加速度。

SDOF-磁流变式调谐液柱阻尼器系统半主动控制试验研究

结合磁流变(MR)阻尼器与调谐液柱阻尼器(TLCD)特点,研制具有半主动控制性能的磁流变式调谐液柱阻尼器(MR-TLCD)。基于Bingham模型,设计旋转剪切式MR阻尼器;依据Langrage方程,建立带有阻尼比修正系数的MR-TLCD、MR-TLCD与单自由度(SDOF)结构耦合动力方程。从耗能受力角度,分析该系统的简单双态控制算法。制作SDOF结构与MR-TLCD系统的半主动控制试验装置,实现系统的简单双态控制的半主动控制试验。从SDOF结构的位移峰值、MR-TLCD峰值响应、结构时程曲线对比、MR-TLCD半主动控制实时阻尼力方面,分析半主动控制算法的实时试验效果。结果表明MR-TLCD半主动控制装置具有明显的减振效果,在简谐荷载作用下,结构位移峰值和加速度峰值减振百分比达45%。

磁流变调谐液柱阻尼器半主动地震反应控制研究

结构的半主动控制装置是国际上研究的一个热点。磁流变式调谐液柱阻尼器(MR-TLCD)是一种新型的减振驱动器。文中提出了抑制结构水平振动的MR-TLCD模型,建立了MR-TLCD与结构相互作用的运动方程。在经典线性最优控制(COC)和瞬时最优控制(IOC)算法的基础上,研究了Clipped-optimal半主动控制策略的减振效果,并与被动控制的减振效果进行了对比。结果表明:磁流变式调谐液柱阻尼器的半主动控制能够有效地减小结构的地震反应,且优于被动控制。

磁流变式调谐液柱阻尼器的离复位控制

提出了抑制水平振动的磁流变式调谐液柱阻尼器(MR-TLCD)模型,建立了单自由度结构——MR-TLCD的耦合运动方程。从系统动力方程出发,根据离复位控制策略,确定了MR-TLCD与单自由度结构相互作用过程中的合理阻尼大小。数值计算中,利用谐波叠加法模拟风荷载作用于该系统,并通过调节MR-TLCD的电压进行实时控制。仿真结果说明了在离复位控制策略下,MR-TLCD用于结构风振控制的合理性和有效性,是理想的半主动控制装置。

结构振动控制的半主动磁流变质量驱动器(MR-AMD)

本文首先提出了一种新型的半主动磁流变质量驱动器 (MR AMD) ,该装置用磁流变驱动器替代AMD的液压驱动系统 ;其次采用所提出的半主动控制算法仿真分析了MR AMD用于结构振动控制的有效性 ;第三 ,比较了半主动质量驱动器 (MR AMD)、调谐质量阻尼器 (TMD)及主动质量驱动器(AMD)对同一模型结构的控制效果。分析结果表明 ,MR AMD作为一种半主动质量驱动器有效地降低了结构的反应 ,其控制效果虽然不如具有相同质量块参数的AMD但却优于TMD ,且同AMD一样具有较宽的有效频带范围。

基于有限元的磁流变弹性体设备磁致特性分析

应用有限元方法得到在不同颗粒体积比浓度条件下,磁流变弹性体在成链方向的相对磁导率和磁致剪切模量随磁场强度变化曲线。设计了一个简单的磁流变弹性体阻尼器模型,并在此基础上应用上述计算所得曲线,对该阻尼在电流和线圈匝数变化时,计算出阻尼器模型的磁致剪切模量随外加电流和线圈匝数的变化曲线。计算结果表明,磁流变弹性体阻尼器模型的磁致剪切模量随外加电流的增大而增大,随线圈匝数的增加而增加,但当电流和线圈匝数达到一定值之后阻尼器模型的磁致剪切模量趋于稳定。分析了电流和线圈匝数对阻尼器性能的影响,使阻尼器在设计阶段对其性能进行评估得以实现。