電流變智能阻尼器的減振機理及變結(jié)構(gòu)控制設計

針對多層減振結(jié)構(gòu)中阻尼需隨激勵信號不斷改變的特點，本研究揭示其阻尼受激勵頻率、沖擊狀況制約的關系，建立它們之間的離散對應規(guī)律，利用電流變液粘度可受電場控制，探索將其作為阻尼的粘度變結(jié)構(gòu)控制方法，通過對激勵信號的時、頻特征在線識別，達到自適應控制阻尼力隨激勵頻率、沖擊狀況變化，為電流變智能阻尼器提供設計方法和關鍵技術。 2100433B

磁流變液容易沉降，磁性粒子對器件劇烈磨損造成阻尼器壽命縮短，這些問題一直以來極大地限制了磁流變液及其器件在土木工程振動控制中的應用。磁流變脂是一種新型磁流變材料，據(jù)發(fā)現(xiàn)它與磁流變液一樣具有良好的流變特性，同時磁流變脂的抗沉降穩(wěn)定性極好。因此，我們提出采用磁流變脂阻尼器對高柔塔架結(jié)構(gòu)振動進行智能控制的新思路。為了達到研究目標，我們需要系統(tǒng)研究：（1）高柔塔架結(jié)構(gòu)的參考模型自適應減振仿真分析方法；（2）分散性好、屈服應力高、可調(diào)范圍寬的磁流變脂制備工藝；（3）考慮溫度效應的磁流變脂阻尼器的力學模型；（4）制作穩(wěn)定性和耐久性好的阻尼器和電磁控制器。本項目研究成果為高柔塔架結(jié)構(gòu)的振動控制提供了新方法，它在保留智能控制優(yōu)勢的同時解決了磁流變液阻尼器的固有缺陷，為推進智能控制技術更好地在土木工程中應用具有重要研究意義。

高柔塔架結(jié)構(gòu)是一種重要且常見的結(jié)構(gòu)形式，其具有高聳、抗側(cè)剛度小的特點，在地震及風荷載作用下極易產(chǎn)生振動，引起結(jié)構(gòu)破壞。為此，高柔塔架結(jié)構(gòu)的振動控制有著重要的研究意義。磁流變阻尼器因其能耗低，出力大，響應迅速等優(yōu)點在土木工程領域得到了大量應用。目前，應用較為廣泛的磁流變阻尼器是磁流變液阻尼器，但依然存在很多不足，如磁流變液易沉降，性能不穩(wěn)定，阻尼器易發(fā)生泄漏等。為了防止磁流變液沉降，我們通過在基礎油中加入酯性稠化劑，增加載液密度，制備了新型智能材料—磁流變脂。磁流變脂阻尼器是一種新型磁流變阻尼器，其具有防沉降，性能穩(wěn)定等特點。因此，我們提出了基于磁流變脂阻尼器的高柔塔架結(jié)構(gòu)振動控制新思路。本項目的主要研究內(nèi)容有磁流變脂智能材料的制備方法，磁流變脂阻尼器和控制器的研制，基于磁流變脂智能阻尼器的高柔塔架結(jié)構(gòu)自適應控制仿真分析方法與高柔塔架結(jié)構(gòu)振動的智能控制試驗。根據(jù)研究結(jié)果，發(fā)現(xiàn)磁流變脂的抗沉降性遠強于磁流變液，磁流變脂與磁流變液的流變特性曲線形狀基本一致，但磁流變脂的零場粘度明顯大于磁流變液；相同電流下，磁流變脂的剪切應力遠大于磁流變液的剪切應力；相同剪切應力下，磁流變脂的剪切應變遠小于磁流變液的剪切應變；試驗結(jié)果表明本項目研發(fā)的防泄漏磁流變脂阻尼器在0.5Hz與1Hz的長時間工作下的性能穩(wěn)定，不會產(chǎn)生泄漏現(xiàn)象且有良好的耗能能力；為了研究磁流變脂阻尼器對高柔塔架結(jié)構(gòu)的振動控制效果，本項目研究了基于遺傳算法的作動器最優(yōu)布置理論與基于能量譜的參考模型MCS自適應控制算法，并將兩種方法應用于塔架結(jié)構(gòu)的振動控制試驗，仿真與試驗結(jié)果均表明本項目研發(fā)的防泄漏磁流變脂阻尼器能夠獲取得良好的減振效果。本項目的研究成果不僅提出了高柔塔架結(jié)構(gòu)的振動控制新方法，還為防泄漏磁流變阻尼器的設計提供了新思路，對智能控制在土木工程中的應用有著重要的意義。 2100433B