基于被动变阻尼变刚度装置组合隔震新体系性能化设计方法

被动变阻尼变刚度装置是一种无需外部能源输入和反馈控制的装置,具有变阻尼耗能和变刚度限位功能。当与隔震支座组合使用时,这种装置构成了一种新的隔震体系,能够有效控制不同类型和烈度大小的地震波。根据性能化设计理论,提出了针对组合隔震体系的设计方法,通过该方法可以完成隔震层中被动变阻尼变刚度装置和隔震支座的参数设计工作。研究还提供了完整的设计流程和详细的设计过程说明,并通过工程实例验证了设计方法的可行性和有效性。这种性能设计方法可以广泛应用于组合隔震新体系的工程设计领域,为相关工程提供了一种可靠的设计方法和技术支持。通过这种先进的设计方法,可使结构能够更好地应对地震带来的灾害,保障结构的安全性和稳定性。

变刚度柔性夹持装置的研究进展

变刚度柔性夹持装置既保留了软体驱动器的柔顺特性,又有效提高了夹持装置的夹持力。根据结构及驱动方式的不同,变刚度柔性夹持装置主要可分为包含内骨骼或外骨骼结构、基于干扰(阻塞)效应、内嵌低熔点合金或聚合物等3个种类。包含内骨骼或外骨骼结构的夹持装置无法实现刚度的灵活调节;基于干扰效应的夹持装置的两种典型结构中,层干扰比颗粒干扰的刚度调节范围更大,但其结构更复杂,导致制造困难;而内嵌低熔点合金或聚合物的夹持装置,其最大缺陷为响应时间过长,且对设备和驱动器的绝缘以及耐热性能的要求较高。通过分析和总结目前变刚度夹持装置的研究现状,指出目前在该研究领域被忽视的关键问题主要包含3个方面:1)缺少变刚度机理方面的深层次研究;2)缺少变刚度柔性夹持装置可靠性和寿命的研究;3)缺少变刚度柔性夹持装置的应用研究。

考虑刚度软化的磁流变减震装置设计与动态剪切性能试验研究

基于磁流变胶的剪切工作原理,将剪切型结构运用到阻尼器上,设计一种新型剪切式磁流变胶减震装置。并利用永磁体及线圈共同控制磁场强度,通电后线圈产生与永磁体相反的磁通,磁流变胶中的磁通密度得以改变,从而调节磁流变胶的等效刚度,实现阻尼力大小的变化。利用Ansys Electronics电磁软件对该磁流变胶减震装置的磁场分布进行仿真分析。采用单轴振动台对该新型磁流变胶减震装置进行了典型动态性能试验测试。结果表明:磁流变胶刚度随励磁线圈电流增强而降低,实现磁流变胶材料的刚度软化特性;激振频率、电流强度、羰基铁粉质量分数、剪切位移对磁流变胶等效刚度及等效阻尼具有显著影响。

机器人变刚度柔性关节实验装置研制

针对本科生和研究生关于共融机器人的教学需求,采用基于阿基米德螺旋移位原理的支点调节机构具体化变刚度方案,研制了一套具有“模块化程度高、刚度调节范围宽、具有可拓展性”等优点的机器人变刚度柔性关节实验装置。该装置可用于关节刚度标定、关节刚度调节等实验教学,涵盖机械原理、机械设计、传感与测试技术、机电伺服系统设计等课程内容,有助于学生深入了解共融机器人特性,进一步提升学生的实践动手能力。

磁流变动力系统变刚度变阻尼扭转吸振研究

磁流变变刚度变阻尼扭转动力吸振器(MR-VSDTVB)为实现动力传动系统扭转振动的有效半主动控制提供了思路.为此,建立了可变刚度和阻尼的汽车动力系统扭转振动动力学模型,加速工况下研究磁流变吸振器不同刚度和阻尼对系统输出响应的影响规律;进而,基于AMEsim和MATLAB/Simulink联合仿真,分析动力系统在加速工况下半主动控制对系统扭转振动的抑制效果,验证磁流变变刚度变阻尼扭转动力吸振器对动力传动系统扭转振动抑制的有效性.

被动变阻尼耗能装置的设计与性能试验研究

针对黏滞阻尼器可提供控制力范围窄,磁流变等变阻尼装置需能量输入和反馈控制的局限性,设计制作了一种新型速度相关的被动变阻尼耗能装置(PVDD)。装置根据孔隙式黏滞阻尼器相关理论设计,采用机械方式随速度变化动态改变流孔面积,通过实时调节阻尼系数的方法实现可变阻尼力的输出;通过不同加载频率与幅值性能试验,检验装置变阻尼力输出的可行性。试验结果表明:装置阻尼系数可随外部激励速度大小连续可变,速度大时阻尼系数也相应变大,因而可以输出可变的阻尼力。被动变阻尼装置无需外部能源供给,构造简单可靠,更具高效和强适应性。

基于被动变阻尼装置高层结构风振控制效果对比分析

新型被动变阻尼装置(PVDD)可随速度响应变化,实时输出可变阻尼力,具有无需外部能源和安全可靠的特点,可用于高层建筑的风振控制。以76层Benchmark模型为研究对象,应用高阶单步法对被动变阻尼装置和黏滞阻尼器控制下的结构进行控制效果对比分析。研究了不同风压下,阻尼器采用各层均匀与局部两种布置方式下的控制效果。分析结果表明:各层均匀布置下,被动变阻尼装置控制效果随风荷载的增强而提高,可实现宽幅最优控制效果。黏滞阻尼器控制效果恒定,只对某一风压控制是最优的;局部布置下,达到相同控制效果所使用的被动变阻尼装置数量,要明显少于普通黏滞阻尼器。分析还将被动变阻尼装置输出阻尼力与半主动最优控制力进行了比较,给出了装置阻尼力设计的建议。

多阶梯被动变阻尼装置设计、试验及结构风振控制分析

针对粘滞阻尼器出力范围窄,磁流变等变阻尼装置需能量输入和反馈控制的局限性,在前期单阶梯被动变阻尼装置研制基础上,设计制作了一种多阶梯被动变阻尼耗能装置(Multi-stage Passive Variable Damping Device,MPVDD),该装置采用被动控制方式,在不同速度区间拥有不同的阻尼系数变化规律。对其进行了相关性能验证试验和基于该装置结构风振控制效果的数值计算,试验和分析表明:装置可根据外部激励速度变化,实时机械式改变阻尼系数,实现宽域值变阻尼力的输出,且不需外部能源供给和状态反馈;安装耗能装置高层结构风振下的加速度和位移响应均得到有效控制,保证了风载下结构的舒适性和安全性要求。所做研究为该装置的应用打下了良好的试验和理论基础。

多阶梯被动变阻尼装置高层建筑风振控制性能化设计方法

多阶梯被动变阻尼装置(multi-stage passive variable damping device,MPVDD)能够随外部激励速度变化机械式实时改变阻尼系数,同时不需要外部能量供给和反馈控制,与粘滞阻尼器相比,MPVDD耗能效果明显。在不同阶数MPVDD控制下的高层结构响应控制效果分析表明,多阶梯被动变阻尼装置出力范围大,可用于风振控制。根据风振分析结果提出了针对多阶梯被动变阻尼装置的风振控制性能水准和性能指标,以及多阶梯被动变阻尼装置高层建筑风振控制性能化设方方法,该设计方法可以对不同重现期的风荷载激励下的结构响应针对性设计,最后通过工程实例设计给出了完整的设计过程,从而证明了该方法对高层建筑风振控制的有效性和可行性。

被动变阻尼装置有限元分析、优化设计与试验验证

被动变阻尼装置具有输出可变阻尼力且不需提供能源的特点,其变阻尼性能已被试验验证。装置可提供的最大阻尼力和出力过程与多项设计参数紧密关联,针对这两者的研究对该装置的工程应用具有重要意义。在前期被动变阻尼装置设计和试验的基础上,采用计算流体动力学的方法完成对装置有限元建模和试验验证,并对装置的主要设计参数进行了分析研究、优化设计和性能试验。有限元分析和试验结果表明:简化模型所得滞回曲线结果与试验结果吻合度较好,验证了所建模型和仿真方法的准确性;设计的不同阻尼阀交叉孔型阻尼系数的变化率不同,适用于不同的应用场景;对装置主要参数的组合分析得到相同条件下阻尼出力最大的优化组合,并通过试验验证了优化组合的有效性。所做研究为被动变阻尼装置的进一步开发与应用提供了良好的理论基础和试验依据。

摩擦阻尼变刚度弹簧缓冲装置动力建模及仿真

为进一步提升弹簧缓冲器缓冲效果,提出一种弹簧串联变刚度且带摩擦阻尼的新型缓冲器。建立摩擦阻尼变刚度弹簧缓冲器数学模型,推导摩擦阻尼变刚度结构振动的解析表达式,比较相同初始条件下变刚度结构与定刚度结构的缓冲效果,并进行全炮系统Adams动力学仿真,验证数值计算结果,且对不同摩擦阻尼下缓冲器的缓冲效果进行数值计算,计算分析摩擦阻尼对缓冲效果的影响。结果表明,在相同的缓冲位移下,变刚度结构对比于定刚度结构,后坐力减小7.64%,并且动力学仿真结果与数值计算结果误差仅在1%左右,验证了数值计算结果。此变刚度结构对于武器和其他动力装置的高效缓冲有一定的指导意义。

主动变刚度/阻尼控制算法研究

建立了主动变刚度／阻尼（ＡＶＳＤ）控制系统的理论模型；基于瞬时最优控制算法推导了ＡＶＳＤ系统的开关控制律，并从控制结构的层间位移出发提出了一种直接根据结构动力反应符号确定的开关控制律。对这两种控制律进行了计算机仿真分析，研究了控制装置的参数对控制效果的影响规律，并比较了这两种控制律的控制效果。

变刚度钢管混凝土短柱隔震装置的性能研究

本文对变刚度钢管混凝土短柱隔震装置的滞回特性进行了理论分析和试验验证， 对装置的隔震作用以及耗能特性进行了讨论。通过低周反复荷载试验， 验证了分析的正确性。同时， 试验还证明， 变刚度钢管混凝土短柱隔震装置能很好地耗散能量， 从而减小地震反应。作者认为， 该装置是一种价格性能比较优越的隔震装置，

主—被动变刚度柔性单腿建模及能耗分析

为了改善传统刚性足式机器人运动高能耗问题,通过仿生学研究总结人类跑跳运动刚度与能效相关性,建立具有主—被动复合变刚度的串联柔性单腿数学模型,对减速器、柔性关节阻尼、功率流进行了详细描述;选定单腿模型主要参数并结合仿生学设计关节"三段式"被动变刚度特性,采用Hertz模型进行触地碰撞仿真,验证了具有被动变刚度特性的柔性单腿比定刚度柔性单腿具有更好的稳定性;通过对原地跳跃运动、支撑相水平运动两个过程的仿真计算,得出不同运动情况下腿部刚度与能耗的变化规律。研制了具有主—被动复合式变刚度柔性关节及基于该关节的单腿样机,联合NI-cRIO系统实验,验证了不同运动情况下合理调整刚度系数能够改善足式机器人能耗的结论,与仿生学研究相符。

四足机器人液压驱动单元变刚度和变阻尼负载特性的模拟方法

基于机理建模方法建立了液压驱动单元位置控制系统数学模型,针对不同环境结构下负载刚度和负载阻尼的动态变化特性,把位置控制环作为控制器内环,推导了一种变刚度和变阻尼负载特性的模拟方法。建立了负载特性模拟方法的仿真模型,并在液压驱动单元性能测试平台上进行了模拟方法的实验测试,研究了斜坡阶跃负载力和正弦负载力下变刚度和变阻尼负载特性的模拟效果。研究结果表明:设计的模拟方法能够较好地模拟环境刚度参数变化、阻尼参数变化,以及刚度参数和阻尼参数同时变化时的负载特性。

基于MRE的变刚度变阻尼减振器设计研究

针对磁流变弹性体材料的变刚度及变阻尼特性,将其成功应用于半主动控制减振器研究中。设计专用磁场发生夹具,制备了具有良好磁流变效应的磁流变弹性体材料,并对其力学性能参数进行测试;根据磁流变弹性体材料在挤压工作模式和剪切工作模式的特性,设计了刚度、阻尼均可变化的减振器,并利用有限元软件对该设计方案进行电磁场仿真分析;试制减振器原理样机,在INSTRON万能拉压试验机上,测试其在不同磁感应强度下的变刚度变阻尼特性。试验结果表明:在模拟半主动控制策略下其动刚度变化最大可达55.4%,阻尼变化可达214.3%,证明了该设计方案的可行性。

主动变刚度·阻尼体系的模拟地震振动台试验

设计制造了一种半主动控制装置－主动变刚度·阻尼控制装置，并对其控制机理和控制效果进行了模 拟地震振动台试验研究．试验结果表明，尽管该控制装置仅需很少的能量输入，但其可以获得很明显的减震控制效果；在控制过程中，装置的电磁阀处于开启状态工作的时间较长，即在大部分时间里该控制装置是通过阻尼 而不是调频来控制结构的振动，这在一定程度上降低了控制时滞的影响．

磁流变阻尼器被动隔震振动台试验研究

目的检验磁流变阻尼器应用于结构被动隔震控制下的减震效果.方法对1∶4缩尺比例的结构模型进行橡胶垫与磁流变阻尼器联合控制下的振动台试验,试验采用对磁流变阻尼器施加零电压和最大电压控制,来模拟结构在阻尼器被动摩擦阻尼和被动粘滞阻尼两种控制方式下,隔震上部结构和隔震层的的动力响应.结果应用磁流变阻尼器对结构进行的两种被动控制,均能起到很好的减震效果.其中被动摩擦控制可对隔震结构在大震下的隔震层位移起到限位作用;被动粘滞阻尼控制可对隔震结构小震下上部结构的加速度反应进行很好的控制.结论采用橡胶垫联合磁流变阻尼器对结构进行被动隔震控制,控制方法简便易行,控制效果良好.

具有主-被动变刚度柔性关节的足式机器人单腿被动弹跳特性研究

通过对生物运动机理的深入研究分析,基于仿生学设计了一款具有主-被动变刚度柔性回转关节的单腿机器人,以追求更好的稳定性、更快的运动速度及更高的能量利用率为目标,基于综合应用动力学、碰撞理论和机械振动建立了机器人腾空相和着地相,以及落地碰撞和起跳冲击的动态模型,针对柔性回转关节的主-被动变刚度对纵向弹跳频率、落地碰撞和起跳冲击的影响规律进行深入系统的研究,并进行了相应的仿真验证。验证了被动变刚度有效地降低着地相支撑腿的振动频率,增加刚度,降低支撑期下肢受力时的机械震颤。柔性回转关节通过主动变刚度增大刚度能够缩短触地时间,提高弹跳的频率,且可以适应不同的地面。主-被动变刚度柔性回转关节对单腿的弹跳运动,提高了跳跃的稳定性、适应性,为足式机器人的后续研究提供了实质性的基础。

基于可变刚度抗蛇行减振器的车辆动力学性能研究

CRH3系列高速动车组在长期服役过程中偶有发生蛇行运动稳定性裕量不足的问题,车辆装配T60型抗蛇行减振器,在车轮磨耗末期易发生构架横向加速度报警问题,装配T70型抗蛇行减振器,则在新轮或车轮磨耗初期易发生“晃车”的问题。针对晃车和报警问题开展可变刚度抗蛇行减振器的仿真与试验研究,以满足车辆在不同轮轨接触状态下车辆的蛇行运动稳定性需求。动力学仿真表明,可变刚度抗蛇行减振器能有效兼顾解决“晃车”和“报警”问题;进一步分析可变刚度抗蛇行减振器与两种高速踏面的适应性,采用S1002CN踏面时车辆临界速度高于350 km/h,而采用LMB10踏面时仅为220 km/h,且S1002CN踏面对应的平稳性和舒适度指标都优于LMB10踏面。最后通过整车滚振台架试验对变刚度抗蛇行减振器性能进行了试验验证,结果表明该减振器可以兼顾轮轨低锥度和高锥度匹配状态,可使车辆均具有良好的动力学性能。