結構MRE磁致變剛度-隔震一體化智慧型支座及其隔震性能

《結構MRE磁致變剛度-隔震一體化智慧型支座及其隔震性能》是依託大連理工大學,由董旭峰擔任醒目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：結構MRE磁致變剛度-隔震一體化智慧型支座及其隔震性能
• 依託單位：大連理工大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：董旭峰

項目摘要

常規隔震系統頻帶窄、限位難，磁流變彈性體（MRE）的壓剪特性與橡膠類似，可用於隔震，且其剪下剛度可由磁場調節，是製作主動變剛度隔震一體化智慧型支座的理想材料。MRE智慧型支座既可根據輸入自適應調節剛度具有寬頻帶隔震特性，也可根據支座位移自適應調節剛度具有自限位功能。考慮與小型吸振裝置的純剪下模式不同，智慧型支座的MRE承受壓剪作用，基於此本項目理論研究建立壓剪作用下MRE的斜鏈耦合場模型，推導壓剪受力下MRE的磁致剪下模量公式,揭示MRE壓剪受力下磁致機理；進行不同壓力和頻率下MRE磁致剪下性能的試驗,驗證理論模型，揭示壓力與頻率對其性能的影響規律；建立基於MRE本構關係的智慧型支座滯回模型，確定其等效剛度與阻尼比計算方法；設計MRE智慧型支座，試驗研究不同壓力和激勵頻率下智慧型支座的性能，驗證滯回模型；研究多目標集成半主動控制算法，進行智慧型支座隔震結構的振動台試驗，驗證其寬頻帶隔震效果和自限位功能。

結題摘要

磁流變彈性體（MRE）是一種剪下彈性模量可由磁場實時、可逆、迅速控制的新型智慧型材料，可用於製作剛度可控的變剛度隔震一體化智慧型支座。本項目首先建立了壓剪荷載下有序結構MRE磁致變剛度機理模型，分析了豎向壓應力對MRE磁致剪下模量的影響；繼而以羰基鐵粉和矽橡膠製作結構有序、顆粒體積含量為30%的MRE，測試結果表明，MRE的磁致剪下模量隨磁場強度、壓應力的增大而增大，且試驗結果與理論吻合較好；第三，對MRE進行鬆弛性試驗，結果表明MRE具有粘彈性材料的鬆弛及蠕變特性；基於其鬆弛性能曲線，建立五參數廣義Maxwell模型、三參數分數階Kelvin-Voigt模型和含摩擦耗能元件的五參數分數階模型，結果表明五參數分數階模型的計算效率最高，以此為基礎建立智慧型隔震支座的力學模型；第四，以無磁場條件下發揮普通隔震支座功能為前提，根據現有的橡膠隔震支座規範制定了智慧型隔震支座的力學設計方法；以設計控制力為目標，確定最大磁場，並利用電磁學理論計算和有限元計算結合的方式制定了磁路設計方法；第五，在不同磁場作用下對智慧型隔震支座施加不同頻率、不同位移幅值的正弦荷載、不同位移幅值的掃頻荷載及隨機荷載，測試智慧型隔振支座的力-位移曲線，試驗結果與力學模型計算結果吻合，證明所提出的力學模型準確；最後，提出了磁流變彈性體智慧型隔震體系的三種控制方法，結合試驗室的實際條件和試驗目的，確定MRE智慧型隔震系統試驗裝置。