【摘 要】
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传统结构控制中,装置参数固定,刚度是定值或可调节范围小,无法通过主动调节刚度以适应不同的振动工况。磁流变弹性体(Magnetorheological Elastomer,简称MRE)具有良好的动态力学性能,可以实时、可逆、迅速的调节刚度,在结构智能隔震、减振领域具有广阔的应用前景。多年来,学者们对MRE智能减振装置进行了深入研究,但主要聚焦于高频结构的单向振动控制。实际上,建筑物受到地震和风振作用
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传统结构控制中,装置参数固定,刚度是定值或可调节范围小,无法通过主动调节刚度以适应不同的振动工况。磁流变弹性体(Magnetorheological Elastomer,简称MRE)具有良好的动态力学性能,可以实时、可逆、迅速的调节刚度,在结构智能隔震、减振领域具有广阔的应用前景。多年来,学者们对MRE智能减振装置进行了深入研究,但主要聚焦于高频结构的单向振动控制。实际上,建筑物受到地震和风振作用时,会发生双向平动和扭转,此时支座变形是双向的;并且风振频发,长周期低频的高柔结构最易受到影响。已有的双向振动控制多为固定参数装置,难以适应结构自振频率、外载的变化;现阶段MRE智能减振装置的双向力学性能还不明朗,有待进一步研究。因此,本文以MRE作为核心智能元件,设计制作了一款双向变刚度支座,重点研究该MRE变刚度支座在低频工况下的双向力学性能。具体研究内容及成果如下:(1)基于已有文献选择合适的原材料及配比,制备磁流变弹性体。利用流变仪在不同的频率、磁感应强度、剪切应变振幅下对磁流变弹性体进行动态力学性能测试。结果表明,磁流变弹性体具备磁流变效应和非线性粘弹性。基于磁流变弹性体动态力学性能测试结果,建立磁流变弹性体Maxwell-Kelvin-Bouc-Wen非线性本构模型。提出依照MRE骨架曲线识别Maxwell单元模型参数,利用滞回曲线特征确定Kelvin、Bouc-Wen单元模型参数的方法,分析了各参数与磁感应强度的相关性。(2)基于磁流变弹性体设计并制作双向MRE变刚度支座。针对MRE变刚度支座尺寸大、能耗大、应用在大型结构较为困难等问题,从节能、装置轻便的角度出发进行结构设计和磁路设计;采用Ansys建立电磁学模型,计算MRE各层磁感应强度,结果表示,顶层MRE磁感应强度高达341.6m T,验证了设计的合理性。(3)对双向MRE变刚度支座进行单向和双向力学性能试验。试验结果表明,单方向的最大控制力、等效刚度、等效刚度变化率均随磁感应强度的增加而增大,随剪切应变振幅的增加而减小,但受加载频率影响较小;耗能能力随着磁感应强度、剪切应变振幅、加载频率的增加而增强。与之相比,双向加载对单方向的最大控制力、等效刚度和耗能能力均有影响:当双向加载位移增大时,单方向上的最大控制力、等效刚度相对于单向加载时先减小后增大,临界点的名义剪切应变为30%;耗能能力随双向位移加载的增大而增大。
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