《結構ERE智慧型隔震支座的力學模型及隔震性能研究》是依託大連理工大學,由董旭峰擔任醒目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：結構ERE智慧型隔震支座的力學模型及隔震性能研究
- 依託單位：大連理工大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：董旭峰
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
常規隔震技術存在適用頻率窄、限位難等問題，混合控制、設定限位裝置、磁流變彈性體智慧型隔震等技術導致結構體系複雜，無法推廣套用。電流變彈性體（ERE）的動態力學性能可由電場控制，可取代橡膠製作新型智慧型隔震支座，其剛度可自適應調節，且結構簡單，有望解決現有隔震技術的不足。本項目根據結構寬頻帶隔震的現實需求，首先依據巨電流變機理，製備高性能的電流變彈性體並研究其性能；繼而基於ERE的分數階本構模型，建立ERE智慧型隔震支座的力學模型，提出其設計方法；然後，根據ERE智慧型隔震體系的分數階導數模型，建立ERE智慧型隔震結構的分數階PID控制算法；最後，對基於ERE智慧型隔震支座的單自由度體系和多自由度體系進行模擬振動台試驗，評價其抗震性能。本項研究涉及與ERE智慧型隔震支座相關的材料製備、隔震支座力學模型及設計方法、控制算法、隔震評價等問題，具有重要的科學意義；研究成果將為ERE智慧型隔震支座的套用奠定基礎。
結題摘要
常規隔震技術存在適用頻率窄、限位難等問題，基於對電流變彈性體智慧型特性的理解，開發電流變彈性體智慧型隔震支座，並研究其力學模型及隔震性能。主要研究成果包括：（1）高性能電流變彈性體的製備及其性能研究。基於極性分子型電流變理論，採用尿素極性分子對TiO2顆粒進行表面包覆，製備出TiO2/尿素核殼顆粒，試驗結果表明，填充TiO2/尿素顆粒的彈性體在0~3 kV/mm具有更高的儲能模量，且在較低的外加電場下(0~2 kV/mm)可以表現出更高的相對電流變效應；採用3-(異丁烯醯氧)丙基三甲氧基矽烷(A174)和乙烯基三乙氧基矽烷(VTEO)兩種矽烷偶聯劑對無定型態TiO2顆粒和矽橡膠的界面進行改性。由於兩相界面結合強度和改性顆粒極化強度的提高，TiO2/V1顆粒填充的彈性體具有較小的零場儲能模量和較高的外加場下儲能模量，其相對電流變效應達到了最高的315%。（2）結構ERE 智慧型隔震支座力學模型及設計方法。基於對電流變彈性體動態粘彈性性能的測試結果，建立電流變彈性體材料的修正Bouc-Wen本構模型，且利用Matlab軟體仿真模擬進行模型參數識別，並分析本構模型各個參數與電場強度的相關性。研究結果表明，修正Bouc-Wen本構模型可以精確地描述電流變彈性體在各個工況下的力學性能；在此基礎上設計了ERE變剛度裝置，然後以ERE本構模型為基礎，以力學、電場分析為手段，建立了ERE變剛度支座力學模型；繼而，通過試驗評價ERE變剛度智慧型隔震支座的性能，並驗證了ERE變剛度支座力學模型的準確性。（3）ERE 智慧型隔震支座結構的控制算法及抗震性能試驗。在ERE變剛度支座力學模型的基礎上提出了智慧型隔震系統的設計方法及控制算法；制定了具體的ERE智慧型隔震系統設計方案並建立結構仿真模型，通過Simulink仿真評估系統的智慧型隔震效果，同時利用ERE智慧型隔震系統結構振動台試驗，驗證了系統的智慧型隔震效果。結果表明，按照ERE智慧型隔震系統設計方法設計出的智慧型隔震系統能夠實現預期設計減震比。本研究為結構變剛度智慧型隔震技術的實際工程套用奠定了基礎，也為電流變彈性體的套用開闢了新的方向。
