新型磁流變阻尼器及半主動(dòng)控制設(shè)計(jì)理論

內(nèi)容概要

　　《新型磁流變阻尼器及半主動(dòng)控制設(shè)計(jì)理論》系統(tǒng)地總結(jié)和闡述了新型磁流變阻尼器的設(shè)計(jì)原理、動(dòng)力特性、滯回模型、半主動(dòng)控制理論與方法及其應(yīng)用分析等。主要內(nèi)容包括新型磁流變阻尼器基于磁路歐姆定律、基于有限元分析的設(shè)計(jì)理論與方法，新型螺旋凹槽磁流變阻尼器、新型雙向調(diào)節(jié)磁流變阻尼器、新型全通道有效磁流變阻尼器的動(dòng)力特性及滯回模型，基于信賴域的瞬時(shí)最優(yōu)半主動(dòng)控制理論與方法，磁流變阻尼器模型預(yù)測(cè)及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)控制理論與方法，磁流變阻尼器出力狀態(tài)設(shè)計(jì)和分級(jí)控制理論與方法，小波包分解模態(tài)半主動(dòng)控制理論與方法，磁流變阻尼器模糊控制理論與方法，以及新型磁流變阻尼器半主動(dòng)控制在工程結(jié)構(gòu)及大跨度空間結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用分析等。
　　《新型磁流變阻尼器及半主動(dòng)控制設(shè)計(jì)理論》可作為從事土木工程、防災(zāi)減災(zāi)與防護(hù)工程、力學(xué)工程等相關(guān)領(lǐng)域的科學(xué)研究人員、工程技術(shù)人員、研究生以及高等院校教師和高年級(jí)本科生的參考書(shū)。

書(shū)籍目錄

前言
第1章 磁流變阻尼器半主動(dòng)控制概述
　1.1 引言
　1.2 磁流變液的研究與發(fā)展
　1.3 磁流變阻尼器半主動(dòng)控制的研究與發(fā)展
　　1.3.1 磁流變阻尼器結(jié)構(gòu)型式
　　1.3.2 磁流變阻尼器力學(xué)模型
　　1.3.3 磁流變阻尼器半主動(dòng)控制算法
　1.4 磁流變阻尼器半主動(dòng)控制系統(tǒng)的工程應(yīng)用
　參考文獻(xiàn)
第2章 磁流變阻尼器基于磁路歐姆定律的設(shè)計(jì)理論與方法
　2.1 磁流變阻尼器工作原理
　　2.1.1 基本工作模式
　　2.1.2 阻尼力調(diào)節(jié)原理
　2.2 制作材料選取原則
　　2.2.1 磁流變液選取
　　2.2.2 結(jié)構(gòu)主體材料選取
　2.3 磁流變阻尼器構(gòu)造設(shè)計(jì)
　　2.3.1 參數(shù)優(yōu)化
　　2.3.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
　　2.3.3 強(qiáng)度驗(yàn)算
　　2.3.4 密封設(shè)計(jì)
　　2.3.5 磁路設(shè)計(jì)
　參考文獻(xiàn)
第3章 磁流變阻尼器基于有限元分析的設(shè)計(jì)理論與方法
　3.1 磁路飽和有限元分析
　3.2 多級(jí)裝配式磁流變阻尼器磁路有限元分析
　3.3 剪切閥式磁流變阻尼器簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)方法
　　3.3.1 設(shè)計(jì)原理
　　3.3.2 數(shù)值模擬
　參考文獻(xiàn)
第4章 新型螺旋凹槽磁流變阻尼器及動(dòng)力特性
　4.1 螺旋凹槽的設(shè)計(jì)及阻尼力的微觀變化
　4.2 螺旋凹槽磁流變阻尼器動(dòng)力特性測(cè)試與分析
　　4.2.1 力學(xué)性能
　　4.2.2 恢復(fù)力模型及其修正
　參考文獻(xiàn)
第5章 新型雙向調(diào)節(jié)磁流變阻尼器及動(dòng)力特性
　5.1 新型復(fù)合磁路結(jié)構(gòu)
　5.2 設(shè)計(jì)與加工
　　5.2.1 基本結(jié)構(gòu)
　　5.2.2 材料選取
　　5.2.3 結(jié)構(gòu)參數(shù)確定
　　5.2.4 方案優(yōu)選
　5.3 磁場(chǎng)測(cè)量與分析
　5.4 動(dòng)力性能測(cè)試與分析
　參考文獻(xiàn)
第6章 新型全通道有效磁流變阻尼器及動(dòng)力特性
　6.1 全通道有效磁路結(jié)構(gòu)
　6.2 磁路有限元分析
　6.3 基于磁通均衡理論的設(shè)計(jì)方法
　6.4 方案優(yōu)選與制作
　6.5 磁場(chǎng)測(cè)量與分析
　6.6 動(dòng)力性能測(cè)試與分析
　參考文獻(xiàn)
第7章 新型磁流變阻尼器動(dòng)力滯回模型
　7.1 MR-J型阻尼器阻尼力預(yù)估模型
　　7.1.1 阻尼器性能測(cè)試與分析
　　7.1.2 阻尼力預(yù)估模型
　7.2 Logistic分段模型
　　7.2.1 模型函數(shù)
　　7.2.2 分段參數(shù)識(shí)別
　　7.2.3 模型識(shí)別與試驗(yàn)結(jié)果
　7.3 Gompertz模型
　　7.3.1 模型函數(shù)
　　7.3.2 輸入電流相關(guān)參數(shù)識(shí)別
　　7.3.3 峰值速度相關(guān)參數(shù)識(shí)別
　　7.3.4 Gompertz模型
　參考文獻(xiàn)
第8章 磁流變阻尼器基于信賴域的瞬時(shí)最優(yōu)半主動(dòng)控制理論與方法
　8.1 優(yōu)化方程組
　8.2 精細(xì)積分法
　8.3 信賴域法求解方程
　8.4 框架結(jié)構(gòu)數(shù)值模擬分析
　　8.4.1 磁流變阻尼器
　　8.4.2 受控結(jié)構(gòu)模型
　　8.4.3 控制效果對(duì)比分析
　8.5 懸臂梁振動(dòng)控制試驗(yàn)
　　8.5.1 試驗(yàn)裝置及流程
　　8.5.2 模型修正與降階
　　8.5.3 NARX神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)磁流變阻尼器模型
　　8.5.4 試驗(yàn)結(jié)果分析
　8.6 大跨度空間結(jié)構(gòu)信賴域瞬時(shí)最優(yōu)半主動(dòng)控制
　　8.6.1 多維多點(diǎn)地震激勵(lì)下基本方程
　　8.6.2 仿真分析
　　參考文獻(xiàn)
第9章 磁流變阻尼器模型預(yù)測(cè)控制理論與方法
　9.1 系統(tǒng)狀態(tài)方程
　9.2 模型預(yù)測(cè)控制
　9.3 數(shù)值算例分析
　　9.3.1 阻尼器模型
　　9.3.2 時(shí)滯補(bǔ)償及效果分析
　　參考文獻(xiàn)
第10章 磁流變阻尼器神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)控制理論與方法
　10.1 結(jié)構(gòu)模型的簡(jiǎn)化
　10.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在線補(bǔ)償器
　10.3 基于在線補(bǔ)償?shù)念A(yù)測(cè)控制算法
　10.4 數(shù)值算例分析
　參考文獻(xiàn)
第11章 磁流變阻尼器出力狀態(tài)設(shè)計(jì)和分級(jí)控制理論與方法
　11.1 力學(xué)模型
　11.2 出力狀態(tài)設(shè)計(jì)
　　11.2.1 最大出力狀態(tài)
　　11.2.2 中等出力狀態(tài)
　11.3 分級(jí)控制算法
　參考文獻(xiàn)
第12章 磁流變阻尼器小波包分解模態(tài)半主動(dòng)控制理論與方法
　12.1 模態(tài)控制基本方程
　12.2 模態(tài)控制器設(shè)計(jì)
　12.3 KalHlan濾波狀態(tài)估計(jì)器
　12.4 小波包分解與重構(gòu)
　12.5 豎向地震激勵(lì)下模態(tài)半主動(dòng)控制仿真分析
　　12.5.1 結(jié)構(gòu)模型
　　12.5.2 小波包分解
　　12.5.3 控制效果分析
　12.6 多維多點(diǎn)激勵(lì)下模態(tài)半主動(dòng)控制仿真分析
　參考文獻(xiàn)
第13章 磁流變阻尼器模糊控制理論與方法
　13.1 基于模糊理論的半主動(dòng)控制
　　13.1.1 模糊控制器
　　13.1.2 模糊控制表
　13.2 在線自適應(yīng)調(diào)節(jié)的模糊控制方法
　13.3 數(shù)值算例分析
　參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁(yè):第1章 磁流變阻尼器半主動(dòng)控制概述1.1 引  言20世紀(jì)80年代以來(lái)，隨著我國(guó)的經(jīng)濟(jì)騰飛和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，建筑業(yè)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)行業(yè)高速發(fā)展，超高層建筑、長(zhǎng)大橋梁、大跨度空間結(jié)構(gòu)等一系列外觀宏偉，結(jié)構(gòu)形式多樣，受力復(fù)雜的大型結(jié)構(gòu)陸續(xù)出現(xiàn)在各大城市，成為地標(biāo)性建筑。同時(shí)，隨著新材料的不斷應(yīng)用及結(jié)構(gòu)形式的不斷復(fù)雜化，高度更高、跨度更大、外觀更加新穎的各類建筑設(shè)計(jì)方案也給結(jié)構(gòu)工程師們帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。建筑的規(guī)模、功能和造型越來(lái)越大型化、復(fù)雜化和多樣化，對(duì)現(xiàn)代結(jié)構(gòu)技術(shù)提出許多具有本質(zhì)變化的要求，尤其在災(zāi)害性地震及風(fēng)荷的作用下，建筑結(jié)構(gòu)的安全性和適用性問(wèn)題也越來(lái)越引起國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。我國(guó)是地震多發(fā)國(guó)家，同時(shí)也是遭受地震損失最為嚴(yán)重的國(guó)家，唐山大地震的24萬(wàn)生命，乃至最近的汶川地震的近7萬(wàn)死亡人數(shù)，建筑物在地震作用下直接發(fā)生倒塌是造成人員傷亡的最主要原因。傳統(tǒng)的抗震抗風(fēng)設(shè)計(jì)方法是根據(jù)可能遭遇的地震及風(fēng)荷的強(qiáng)度和頻度，依靠提高結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度來(lái)增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗力，以滿足結(jié)構(gòu)的安全性、適用性以及人的舒適性等要求，這無(wú)疑會(huì)大幅度地增加建設(shè)成本。為了應(yīng)對(duì)上述問(wèn)題，現(xiàn)代結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域引入了振動(dòng)控制技術(shù)，作為強(qiáng)度和剛度要求的輔助措施，增強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力［1］。結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制技術(shù)包括被動(dòng)控制技術(shù)、主動(dòng)控制技術(shù)和半主動(dòng)控制技術(shù)。其中，被動(dòng)控制技術(shù)是指系統(tǒng)不依賴于外來(lái)能源，針對(duì)地震動(dòng)的頻譜特點(diǎn)或結(jié)構(gòu)自身的動(dòng)力特性，在結(jié)構(gòu)上附加振動(dòng)控制裝置或改變結(jié)構(gòu)的局部構(gòu)造以抵抗地震荷載的一種抗震技術(shù)［2］，主要包括基礎(chǔ)隔振［3~~7］、被動(dòng)消能減震［8~~11］和調(diào)諧減震［12~~16］三種方式。被動(dòng)控制技術(shù)概念清晰，裝置簡(jiǎn)單可靠，發(fā)展至今已經(jīng)比較成熟，并且已經(jīng)大規(guī)模運(yùn)用于實(shí)際結(jié)構(gòu)工程中。但是，由于被動(dòng)控制系統(tǒng)不能依據(jù)外部擾動(dòng)的特性和結(jié)構(gòu)自身的響應(yīng)實(shí)時(shí)調(diào)整自身動(dòng)力特性，其適用的廣泛性受到很大限制，控制效果受外部條件的影響較為明顯。主動(dòng)控制技術(shù)由Yao在1972年首次提出［17］，該方式中控制系統(tǒng)要向結(jié)構(gòu)系統(tǒng)輸入能量，輸入的能量值由一定的主動(dòng)最優(yōu)控制算法確定，控制目標(biāo)是依據(jù)一定的最優(yōu)化原則，在有限的能量輸入條件下，最大限度的抑制結(jié)構(gòu)的地震動(dòng)響應(yīng)，即控制結(jié)構(gòu)在地震作用下的加速度和位移響應(yīng)［1，2，18］。主動(dòng)控制技術(shù)主要包括主動(dòng)質(zhì)量阻尼器（activemassdamper，AMD）主動(dòng)質(zhì)量驅(qū)動(dòng)器（activemassdriver，AMD）［19~~21］、主動(dòng)錨索系統(tǒng)（activetendonsystem，ATS）［22~~25］和主動(dòng)支撐系統(tǒng)（activebracingsystem，ABS）［26，27］等。主動(dòng)控制技術(shù)將現(xiàn)代控制理論的最優(yōu)控制理念引入建筑結(jié)構(gòu)的振動(dòng)控制策略，能夠獲得優(yōu)異的控制效果，但其缺陷在于，主動(dòng)控制系統(tǒng)造價(jià)高昂，且需要巨大的外部能源支持，很難在罕遇地震等極端條件下確保能源的供應(yīng)。同時(shí)，主動(dòng)控制系統(tǒng)由于需要向系統(tǒng)輸入能量，因而一旦控制策略失效，存在致使結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的潛在可能。近年來(lái)，半主動(dòng)控制技術(shù)得到了廣泛的關(guān)注，并且被認(rèn)為是最具前景的結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制技術(shù)之一［2］。半主動(dòng)控制技術(shù)同被動(dòng)控制技術(shù)一樣不需要向結(jié)構(gòu)輸入能量，而是實(shí)時(shí)改變結(jié)構(gòu)的自身特性或使用外加的可調(diào)阻尼裝置以控制系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性，以實(shí)現(xiàn)對(duì)最優(yōu)響應(yīng)狀態(tài)的追蹤。半主動(dòng)控制不需要主動(dòng)控制系統(tǒng)那樣巨大的能源供應(yīng)，并且在能源中斷條件下依然能夠保持可觀的控制效果，因而故障安全（fail-safe）性能優(yōu)異。同時(shí)，由于半主動(dòng)控制系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)追蹤最優(yōu)狀態(tài)，因而能接近甚至達(dá)到主動(dòng)控制系統(tǒng)的控制效果，并兼顧被動(dòng)控制系統(tǒng)的可靠性與簡(jiǎn)易性。半主動(dòng)控制系統(tǒng)主要包括主動(dòng)變剛度（activevariablestiffness，AVS）控制系統(tǒng)［28~~30］、半主動(dòng)流體阻尼器系統(tǒng)［31，32］和電流變（electro-rheological，ER）、磁流變（magneto-rheological，MR）阻尼器系統(tǒng)等。MR阻尼器研究的最初目的在于克服ER阻尼器諸多難以逾越的技術(shù)瓶頸，如剪切屈服強(qiáng)度過(guò)低、對(duì)溫度和雜質(zhì)非常敏感、阻尼器的工作電壓高達(dá)數(shù)千伏等。電流變液體（electro-rheologicalfluid，ERF）和磁流變液體（magneto-rheologicalfluid，MRF）由Winslow于1947年［33］和1949年［34］分別發(fā)現(xiàn)，早期的研究主要集中于ERF，但基于前述缺陷，使用ERF制備的半主動(dòng)控制裝置并未得到實(shí)際的普及應(yīng)用。但是，MRF相對(duì)于ERF具備下述優(yōu)勢(shì)：①工作電壓低，從而對(duì)于能源的依賴更小，使用也更加安全；②對(duì)溫度和雜質(zhì)不敏感，因而對(duì)阻尼器的加工使用環(huán)境要求相對(duì)較低；③剪切屈服強(qiáng)度峰值比ERF高1~~2個(gè)數(shù)量級(jí)以上，因而可以在有限的幾何尺寸內(nèi)制作阻尼力峰值很高的耗能減震裝置?；谏鲜鲈?，MRF以及使用其制作的MR阻尼器的研究從20世紀(jì)末開(kāi)始受到了結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制領(lǐng)域內(nèi)學(xué)者的廣泛關(guān)注，至今已經(jīng)取得了眾多的研究成果，并已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)入工程實(shí)際應(yīng)用階段。大量的研究結(jié)果表明，MR阻尼器具備出力大，響應(yīng)迅速，阻尼力連續(xù)可調(diào)，結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單，適應(yīng)范圍廣泛等諸多優(yōu)勢(shì)，研制至今，被公認(rèn)為是最具發(fā)展前景的半主動(dòng)控制裝置之一。1.2 磁流變液的研究與發(fā)展MRF是一種新型智能材料，主要是由非導(dǎo)磁性液體和均勻分散于其中的高磁導(dǎo)率、低磁滯性的微小磁性顆粒組成，為了保證MRF的懸浮穩(wěn)定性，通常還包括適量的外加劑。在磁場(chǎng)作用下，它可在瞬間內(nèi)（10ms左右）由流動(dòng)性能良好的牛頓流體變?yōu)锽ingham半固體，且這種變化連續(xù)、可控、可逆。1948年，美國(guó)工程師Rabinow首先發(fā)現(xiàn)了這種磁流變效應(yīng)［35］，并據(jù)此設(shè)計(jì)了磁流變離合器。雖然MRF的問(wèn)世僅比ERF晚一年，但由于MRF一直存在著懸浮穩(wěn)定性差、應(yīng)用裝置磁路設(shè)計(jì)復(fù)雜的缺點(diǎn)，在80年代中期以前，應(yīng)用和研究相對(duì)ERF來(lái)說(shuō)都比較滯后。隨著科技的進(jìn)步和生產(chǎn)力的實(shí)際需求，對(duì)可控流體的強(qiáng)度等性能提出了更高的要求，由于ERF存在剪切強(qiáng)度太低以及所需電源電壓過(guò)高等缺陷［36］，越來(lái)越多的學(xué)者開(kāi)始轉(zhuǎn)而研究MRF，MRF逐漸成為智能材料的研究熱點(diǎn)。1995年，在第五屆E／MRF國(guó)際會(huì)議上，美國(guó)Lord公司展示了幾種性能優(yōu)良的小型MRF阻尼裝置，引起了學(xué)術(shù)界的極大震動(dòng)，掀起了國(guó)內(nèi)外對(duì)MR技術(shù)的研究熱潮，自此兩年一度的國(guó)際ER會(huì)議也更名為國(guó)際E／MR會(huì)議。作為一種良好的智能材料，MRF主要有以下特性［37］：（1）屈服強(qiáng)度高。在良好的顆粒體積配比并施加強(qiáng)磁場(chǎng)作用下，MRF的屈服強(qiáng)度可高達(dá)100MPa，比ERF等其他屈服流體至少高一個(gè)數(shù)量級(jí)。（2）阻尼調(diào)幅寬。無(wú)磁場(chǎng)時(shí)，MRF表現(xiàn)為流動(dòng)性好的牛頓流體，黏度較低，非常適合作為振動(dòng)控制用阻尼器。（3）反應(yīng)靈敏。在磁場(chǎng)作用下，MRF可在毫秒級(jí)時(shí)間內(nèi)由牛頓流體變?yōu)锽ingham半固體，且變化連續(xù)、可逆。（4）穩(wěn)定性好。對(duì)雜質(zhì)、溫度等不敏感，雖然沉降問(wèn)題仍然沒(méi)有得到根本解決，但通過(guò)添加外加劑及其他加工工藝，可以有效提高穩(wěn)定性。（5）剪切變稀現(xiàn)象。在外力和磁場(chǎng)作用下，MRF由靜止?fàn)顟B(tài)過(guò)渡到屈服流動(dòng)狀態(tài)，要分別經(jīng)歷：屈服前區(qū)、屈服區(qū)和屈服后區(qū)，在屈服前區(qū)表現(xiàn)為普通的黏彈性，屈服區(qū)和屈服后區(qū)則表現(xiàn)為Bingham黏塑性，此時(shí)剪切模量隨著應(yīng)變的增加而有所降低，而且降低的比率也隨著應(yīng)變的增加而增加，這種現(xiàn)象被稱為剪切變稀。由于MRF易發(fā)生沉降，而沉降后直接影響其強(qiáng)度和正常使用要求，因此，各國(guó)學(xué)者都紛紛對(duì)如何解決MRF的沉降問(wèn)題展開(kāi)了研究。對(duì)于牛頓流體，在重力作用下，Stokes建立了單一球形粒子的沉降速度為［38］V＝2d2（ρ-ρ0）g9η（1.1）式中，V是顆粒在重力作用下的沉降速度；d是球形顆粒的直徑；ρ是球形顆粒的密度；ρ0是載體液的密度；g是重力加速度；η是母液的表觀黏度。由式（1.1）可見(jiàn)，顆粒的沉降速度與粒子半徑的平方和兩相的密度差成正比，與液體的黏度成反比。因此要減少M(fèi)RF的沉降，應(yīng)盡可能減小粒子的尺寸，但過(guò)小的粒子會(huì)影響MRF的流變效應(yīng)，最終削弱了MRF的屈服強(qiáng)度；同時(shí)增大液體的黏度雖然可以在一定程度上抑制沉降，但黏度的增加勢(shì)必影響了MRF的阻尼調(diào)幅范圍。要取得良好的綜合效益，必須全面權(quán)衡各因素之間的配比［37］。目前，對(duì)沉降的研究歸納起來(lái)主要有以下幾種途徑：（1）根源上控制，選取合理的分散顆粒。根據(jù)式（1.1），顆粒的合理選擇對(duì)MRF的沉降穩(wěn)定性至關(guān)重要，實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)金屬顆粒質(zhì)量比達(dá)到30%以上時(shí)，MRF就會(huì)有明顯的沉降發(fā)生。在保證流體屈服強(qiáng)度的前提下，必須著力減小兩相的密度差別，并通過(guò)篩分和研磨，減小顆粒粒徑。采用化學(xué)鍍方法可獲得輕質(zhì)的分散顆粒［39，40］，它利用尺寸為微米級(jí)的輕質(zhì)非金屬球形顆粒作為載體，外包覆鎳、鈷的顆粒，從而大大減小了顆粒密度。這種方法制得的MRF，初始黏度也較小，分層后輕微晃動(dòng)就可重新混勻。（2）過(guò)程中控制，選用合適的添加劑。目前市場(chǎng)上的商用MRF大多為添加表面活性劑［36］來(lái)解決其沉降問(wèn)題，表面活性劑一般由親水基和親油基兩種性質(zhì)不同的結(jié)構(gòu)組成的低聚物，用來(lái)降低不相容兩相之間的界面能，親水基附著在磁性顆粒的表面，親油基則像鞭梢一樣擴(kuò)散在載體液中。Pu等［41］研究了碳纖維和硅納米材料的作用，這些材料作為觸變劑可明顯減弱MRF的沉降速率；Dang等［42］和Viota等［43］研究了油酸和硬脂酸等材料在MRF的分散性能；Jong等［44］研究了在MRF中黏塑性介質(zhì)和乳化劑的效應(yīng)，試驗(yàn)表明，這種添加劑可在MRF中形成空間位阻效應(yīng)，阻止金屬顆粒凝聚和沉降。（3）顆粒的再分散，附加結(jié)構(gòu)化措施。近年來(lái)，隨著研究和應(yīng)用的深入，開(kāi)始通過(guò)采用結(jié)構(gòu)化的手段解決沉降問(wèn)題，比如在阻尼器中的關(guān)鍵部位，加入少量永磁鐵，通過(guò)較弱的永磁場(chǎng)引力使MRF中的固體顆?？梢钥朔亓τ绊?，減緩沉降［45］。也可以通過(guò)某些構(gòu)造措施，使MRF在使用過(guò)程中往復(fù)運(yùn)動(dòng)促進(jìn)顆粒再分散［46］。MRF的最大屈服強(qiáng)度是決定阻尼器最大出力的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)，土木工程結(jié)構(gòu)抵御地震、風(fēng)力等破壞作用往往都需要較大的阻尼力和一定的阻尼調(diào)幅寬度。試驗(yàn)表明，MRF的極限剪切屈服強(qiáng)度與磁性顆粒的飽和磁化強(qiáng)度的平方成正比，因此應(yīng)把選取高飽和磁化強(qiáng)度作為磁性顆粒的最重要性能指標(biāo)。另外，良好的磁性顆粒還應(yīng)具備高磁導(dǎo)率、低磁矯頑力，以及合理的粒徑大小及分布［47］。對(duì)于建筑抗震這樣的使用環(huán)境，MRF在阻尼器中長(zhǎng)時(shí)間靜置后往往出現(xiàn)分層和團(tuán)聚的現(xiàn)象，這是因?yàn)镸RF中磁性粒子的粒徑為微米級(jí)，它遠(yuǎn)大于磁單疇粒子的粒徑，在無(wú)外加磁場(chǎng)作用時(shí)，彌散粒子對(duì)外不表現(xiàn)磁性，這時(shí)在懸浮體系中，范德瓦耳斯（vanderWaals）力起主導(dǎo)作用，粒子間的引力大于斥力，粒子開(kāi)始出現(xiàn)團(tuán)聚，這不僅導(dǎo)致MRF沉降問(wèn)題發(fā)生，而且由于分散相在液體中不能均勻分散，而嚴(yán)重影響磁場(chǎng)作用下的成鏈機(jī)制，最終影響了MRF的剪切屈服強(qiáng)度。另外在阻尼器使用過(guò)程中，總是不可避免地存在著剩磁的現(xiàn)象，這也會(huì)導(dǎo)致MRF結(jié)成糕狀物，不能較容易地在載體液中實(shí)現(xiàn)二次均勻分散。歐進(jìn)萍等［48］在深入研究的基礎(chǔ)上，提出了相應(yīng)的軟性沉降指標(biāo)，采用OP乳化劑和有機(jī)黏土作觸變劑改善了MRF的分層現(xiàn)象。劉奇等［49］采用陽(yáng)離子型表面活性劑與觸變劑復(fù)合使用，既提高了MRF的穩(wěn)定性，又減小了零場(chǎng)黏度。1.3 磁流變阻尼器半主動(dòng)控制的研究與發(fā)展1.3.1 磁流變阻尼器結(jié)構(gòu)型式從工作模式來(lái)分，MR阻尼器主要有閥式、擠壓流動(dòng)式、剪切式、剪切閥式四種型式；從受力方式來(lái)分，又包括單出桿和雙出桿兩種類型；從活塞運(yùn)動(dòng)方式來(lái)說(shuō)，又分為直動(dòng)型（活塞相對(duì)缸體做直線運(yùn)動(dòng)）和旋動(dòng)型（活塞相對(duì)缸體做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)）兩種型式。目前，結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制用MR阻尼器大多為直動(dòng)型剪切閥式，這是閥式和剪切式組合的一種工作模式，具有磁路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、響應(yīng)速度快，便于設(shè)計(jì)與制作的特點(diǎn)，已經(jīng)成為MR阻尼器設(shè)計(jì)的主流型式。圖1.1為美國(guó)Lord公司于1999年研制的180kN足尺M(jìn)R阻尼器［50］，該阻尼器采用三級(jí)螺旋線圈和雙出桿型式，最大耗電僅為22W，出力值可達(dá)180kN。圖1.2為L(zhǎng)ord公司研制的SD-1000型閥式MR阻尼器［51，52］，該阻尼器長(zhǎng)21.5cm，缸體直徑3.8cm，行程±2.5cm，最大耗電功率小于10W，能夠產(chǎn)生高達(dá)3kN的阻尼力。由于結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制的特殊性，高阻尼力往往成為決定控制系統(tǒng)優(yōu)良品質(zhì)的一個(gè)重要因素，而結(jié)構(gòu)形式的合理選取對(duì)阻尼力大小往往起決定性作用，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者通過(guò)改進(jìn)磁路型式和結(jié)構(gòu)方案，探索出了一些新型的工作模式。如圖1.3所示為日本SanwaTekki公司研制開(kāi)發(fā)的最大出力為20t的旁通閥式阻尼器［53，54］，在主缸體外附加阻尼通道，由10階段纏繞線圈并聯(lián)方式連接，大大提高了出力性能，并增加了活塞桿行程，而且由于旁通阻尼通道在阻尼器下方，可有效遏制MRF沉降問(wèn)題帶來(lái)的不利影響。隨著研究和應(yīng)用的深入，各種實(shí)用化問(wèn)題接踵而來(lái)，給MR阻尼器的性能品質(zhì)提出了更高的要求。研究者們開(kāi)始利用各種先進(jìn)技術(shù)對(duì)MR阻尼器的實(shí)用化

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《新型磁流變阻尼器及半主動(dòng)控制設(shè)計(jì)理論》編輯推薦：近年來(lái)以磁流變液為代表的新型智能材料的應(yīng)用為半主動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展注入了新的活力，由磁流變液等智能材料與半主動(dòng)控制技術(shù)相結(jié)合構(gòu)成的結(jié)構(gòu)智能控制系統(tǒng)正逐漸成為新的熱點(diǎn)領(lǐng)域，至今已經(jīng)取得了眾多的研究成果，并已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)入工程實(shí)際應(yīng)用階段?！缎滦痛帕髯冏枘崞骷鞍胫鲃?dòng)控制設(shè)計(jì)理論》系可作為從事土木工程、防災(zāi)減災(zāi)與防護(hù)工程、力學(xué)工程等相關(guān)領(lǐng)域的科學(xué)研究人員、工程技術(shù)人員、研究生以及高等院校教師和高年級(jí)本科生的參考書(shū)。

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