单摆式电涡流TMD装置优化设计与模型试验研究

为实现单摆式电涡流TMD构造与磁路优化设计,探讨了TMD装置整体构造,综合理论分析、模型试验与三维电磁场有限元仿真,研究了TMD质量块与板式电涡流阻尼器(PECD)二者之间的磁场吸引力作用对TMD振动频率的影响程度,以及磁路布置对PECD等效阻尼系数的影响规律。结果表明:PECD宜安装在TMD运动质量块的底面;磁场吸引力作用将增大TMD振动频率,TMD初步设计宜适当调整初始摆长以避免TMD失谐;通过尽可能减小磁场间隙、适当加厚导磁钢板、优化铜板厚度等方法均可提升PECD耗能效果;沿TMD运动方向,相邻永磁体磁极宜交错布置,通过有限元仿真确定最优间距;沿垂直于TMD运动方向,相邻永磁体磁极宜同向布置,且间距越小越好。     

多层板式电涡流阻尼器构型与磁路优化分析

为提升板式电涡流阻尼器(PECD)的耗能效率,对比分析了单层与多层PECD典型构型的紧凑性与材料利用率,发展与完善了多层PECD构型与磁路优化设计。基于某单排式多层PECD样机阻尼性能测试结果,校验了三维电磁场有限元稳态分析法预测PECD等效阻尼系数的精度;仿真分析获得了永磁体与导体铜板之间的磁场间隙、永磁体的固定材料、间距与布置方式等参数对多层PECD等效阻尼系数的影响规律,据此提出了多层PECD的优化构型与磁路。结果表明:与单层PECD相比,多层PECD耗能效率得到有效提升,结构也更为紧凑;磁场间隙及永磁体的固定材料、布置方式与间距等对PECD等效阻尼系数均有显著影响,其中磁场间隙、相邻永磁体磁极布置与间距等存在最优参数。多层PECD的优化构型与磁路为:磁场间隙宜尽可能减小;采用非导磁材料固定永磁体;同侧永磁体宜阵列布置;永磁体沿阻尼器运动方向磁极宜相反布置,间距取0.2倍永磁体同向尺寸;永磁体沿垂直于阻尼器运动方向磁极宜相同,且间距越小越好。     

冲击载荷下圆筒型电涡流阻尼器动力特性研究

为研究圆筒型电涡流阻尼器在冲击载荷下的动力特性,建立冲击载荷下电涡流阻尼器动力学模型,利用Maxwell分析软件建立圆筒型电涡流阻尼器在冲击载荷作用下的有限元模型,分析电涡流阻尼器工作时的气隙磁场与涡流分布。研究了制动减速阶段电涡流阻尼力和阻尼系数随速度变化的关系,分析工作气隙、导体筒厚度及磁轭厚度等参数对电涡流阻尼器制动性能的影响。研制了电涡流阻尼器冲击加载试验装置,试验结果与仿真结果吻合较好。研究结果表明:在保证动子运动精度的前提下,工作气隙尽可能小,磁轭厚度取永磁体厚度的3/4,导体筒厚度取1～2 mm有利于提高电涡流阻尼器的阻尼系数;电涡流阻尼器在冲击载荷作用下具有良好的缓冲制动性能,在武器发射、列车制动等冲击制动领域具有重要的应用价值。     

竖向TMD用板式电涡流阻尼器磁路对比分析

为提升竖向TMD用板式电涡流阻尼器(PECD)的耗能效率,分别开展了典型竖向电涡流TMD样机的阻尼性能测试与有限元仿真分析,基于相邻永磁体有效耦合率性能指标,采用三维电磁场有限元分析方法分别优化了外置式与内置式PECD的磁路设计,并对比分析了各磁路的耗能效率、耐久性与占用空间等。研究结果表明:提出的相邻永磁体有效耦合率可以很好地表征永磁体相互作用对PECD等效阻尼系数的影响程度,有助于指导磁路优化设计;外置式与内置式PECD磁路优化设计方案在相邻永磁体磁极布置、水平与竖向适宜间距等方面均存在较大差别;各最优磁路永磁体用量一定时,内置式PECD的等效阻尼系数略低于外置式PECD(附加导磁钢板),但远高于外置式PECD(无导磁钢板);装配内置式PECD的竖向TMD结构相对紧凑,且耐久性也相对较高。     

电涡流单摆式TMD阻尼特性的有限元分析

在高层及超高层建筑的抗风和抗震中,单摆式调谐质量阻尼器(PTMD)有着较为广泛的应用。传统的PTMD采用油阻尼器作为阻尼装置。然而,油阻尼器具有施工不便、耐久性差、阻尼难以调节等缺点,而且这还会给PTMD带来附加刚度,不利于PTMD的频率设计。在前人的研究成果基础上,利用电涡流阻尼代替油阻尼器,提出一种新型的电涡流单摆式TMD(EC-PTMD),并利用大型电磁场有限元分析软件Opera3D对其进行建模分析。对导体板厚度、导磁钢板厚度及其磁导间距进行了参数分析,结果表明:电涡流阻尼的大小随着导体板、导磁钢板厚度的增加基本呈非线性增长;随着磁导间距的增大,电涡流阻尼呈非线性减小。在用二次函数拟合磁导间距与有效电涡流阻尼系数间关系的基础上,提出一种有较强适用性的EC-PTMD的设计方法。     

永磁式电涡流调谐质量阻尼器的研制与性能试验

为了克服传统的调谐质量阻尼器 (TMD) 阻尼单元存在的易漏油等耐久性问题,研制了一种基于电涡流阻尼耗能的竖向TMD装置。其特点在于：电涡流阻尼无需与结构接触,没有任何摩擦;产生磁场的元件为永磁体,无需外界供电;所有构件都由金属材料制成,不存在老化等现象。此外,通过调整永磁体与导体板的距离,很容易实现TMD阻尼参数的后期调节,且不会影响TMD刚度参数。理论与试验结果研究表明,研制的新型TMD具有优良的阻尼特性,而且当磁场间隙较小时电涡流阻尼理论预测值与试验结果吻合较好。     

HTR-10控制棒磁涡流阻尼器研究

高温气冷堆控制棒磁涡流阻尼器是控制棒传动机构中的重要部件，其主要作用是利用磁涡流阻尼效应来降低事故落棒过程中的落棒速度，养活事故落棒对传动机构所造成的冲击。本文采用有限元分析方法，对磁涡流阻尼器的磁场进行了模拟和计算，分析了阻尼器的内部结构尺寸和环境温度对其工作特性的影响。并通过传动机构的性能试验，验证了有限元模拟计算以及阻尼器设计的合理性和可靠性，同时证明了从理论上对阻尼器进行前期设计的可行性。     

管式电涡流阻尼力的精确测量及阻尼器优化设计

采用紫铜管与磁铁制作了管式电涡流阻尼器,并提出了一种电涡流阻尼器阻尼力的精细化测量方法,消除了摩擦力和惯性力的影响,获得了精确的电涡流阻尼力。研究了阻尼力与电涡流阻尼器中磁级厚度、磁级间距、铜管与磁铁的相对速度等参数的关系;研究结果表明:提出的阻尼力测量方法可以准确地获得磁铁与铜管相互作用的阻尼力时程;阻尼器的阻尼系数随磁级厚度、磁级数的增加而增大,随磁级间距的增大表现出先增大、后减小的趋势;电涡流阻尼器近似为理想的黏性阻尼器,并且其阻尼系数与磁级数也近似成正比。通过引入阻尼系数效率值作为评价指标,获得了管式电涡流阻尼器的磁级厚度和磁级间距的最优值,可为电涡流阻尼器的优化设计提供参考。     

一种新型电涡流阻尼器及阻尼性能研究

基于电涡流原理提出一种新型的可用于航天器振动被动抑制的电涡流阻尼器。首先,依托数值仿真建立阻尼器的磁场和力学有限元分析模型,对阻尼器的性能进行分析计算。其次,在振动测试实验台上进行阻尼特性测试,获得了小位移0.1 mm、大位移1 mm下的1 Hz～50 Hz频率范围内正弦激励作用工况下的阻尼系数。然后根据Bouc-Wen滞回模型建立了阻尼器的力学模型,研究了负载、阻尼器结构、交变洛仑兹力之间的关系。研究结果表明这种新型的电涡流阻尼器在外载激励作用下能够输出与仿真结果较为接近的阻尼力,且阻尼系数随激励频率变化具有明显的规律性,根据仿真和实验结果建立的阻尼力力学模型可以很好地用于电涡流阻尼器的力学特性仿真分析。     

高冲击载荷作用下平面式电涡流阻尼器特性数值模拟研究

为探究平面式电涡流阻尼器在冲击环境中的应用特点,开展了高冲击载荷作用下平面式电涡流阻尼器响应特性数值模拟研究.基于ANSYS Maxwell电磁学有限元软件建立平面式电涡流阻尼器二维数值仿真模型,分析了永磁体和磁靴结构尺寸、导电层和导磁层厚度以及气隙间距对电磁阻尼力的影响.研究结果表明:平面式电涡流阻尼器能够满足安全制...     

磁致负刚度电涡流惯质阻尼器力学性能试验与仿真

为提升传统阻尼器的耗能减振效率,融合磁致负刚度单元、旋转式电涡流阻尼单元与滚珠丝杠两节点惯质单元,发展与研制了一种新型三元被动减振装置-磁致负刚度电涡流惯质阻尼器(magnetic negative stiffness eddy-current inertia damper, MNSEID)。首先阐明了MNSEID的整体构造、工作原理及力学模型;然后综合理论分析、三维电磁场有限元仿真与样机力学性能试验,获得了MNSEID的轴向出力特征,建立了磁致负刚度的精准计算分析方法;最后验证分析了MNSEID力学模型的适用性。结果表明：MNSEID的磁致负刚度系数随激振频率的增大基本保持不变,而等效电涡流阻尼系数随激振频率的增大呈现下降趋势;不同于现有位移相关型负刚度阻尼器,MNSEID表现出“准恒定”磁致负刚度特征。     

新型竖向电涡流-磁力混合阻尼装置试验研究

针对大跨轻质结构的减振需要,研制了一种新型竖向电涡流-磁力混合阻尼器样机.介绍混合阻尼器的减振原理及振动方程;接着介绍了3种不同的磁路设计和制作过程;随后对样机进行试验,测量其动力参数和减振性能.结果 表明:在铜板后方和底板上方安装磁铁均能改变阻尼器的附加刚度;特定磁路设计减少电涡流阻尼系数,增大等效磁力阻尼系数和负刚...     

多层磁场旋转式电涡流惯容阻尼器力学性能研究EI北大核心CSCD

为提高电涡流阻尼器输出的阻尼力,提出一种多层磁场旋转式电涡流惯容阻尼器(multilayer magnetic field rotary eddy current inertial damper,MMF-RECID),对其力学性能进行试验研究和有限元仿真。首先,介绍MMF-RECID的构造,建立MMF-RECID轴向力计算公式;然后,详细介绍了MMF-RECID试验样机,并考察在轴向反复荷载作用下MMF-RECID的惯容效应和耗能滞回性能,对MMF-RECID的轴向力组成进行分析,通过ANSOFT Maxwell软件对MMF-RECID的电涡流阻尼进行三维瞬态数值仿真,最后对一个设置MMF-RECID单自由度结构的减震效果进行分析。结果表明:MMF-RECID的滚珠丝杠传动系统实现了惯性质量和电涡流阻尼力的双重增效,多层磁场输出的电涡流阻尼力符合磁场线性叠加的规律,滞回曲线稳定、饱满;加载频率会改变MMF-RECID滞回曲线主轴方向的斜率以及轴向力的组成比例;ANSOFT Maxwell三维瞬态仿真结果与试验结果具有一致性;MMF-RECID具有良好的减震效果,且耗能密度高,具有工程应用可行性。     

无源自适应磁流变阻尼器的磁场设计与研究

针对常规的磁流变阻尼器需要外加线圈,对能源具有依赖性、体积庞大、结构复杂的问题,设计了无源自适应磁流变阻尼器的磁场结构.该磁路由永磁体提供磁场,利用超磁致伸缩逆效应,把阻尼器受到的负载力的变化转化为超磁致伸缩材料相对磁导率的变化,进而使磁流变液处的磁场发生变化.利用磁场有限元方法验证了磁路的正确性.应用该磁路结构到阻尼...     

基于电涡流阻尼器的数控加工振动抑制

弱刚性零件在数控加工中极易发生变形、让刀等现象,对加工质量及效率构成严重影响。基于电涡流阻尼器利用导体在恒定磁场中运动或者利用时变电磁场在导体上产生电涡流阻尼力,提出并设计适用于弱刚性结构件数控加工振动抑制的电涡流阻尼器结构;结合理论建模,提出四种设计方案并对其减振性能进行测试和比较。模态实验表明,四种阻尼器方案均能较好的对工件振动进行抑制,频响函数幅值最低下降55%;模态参数辨识表明,电涡流阻尼器可使系统阻尼增加70.73%,而对其余动力学参数的影响较小。切削实验表明,该电涡流阻尼器可增加工件临界稳定切深171%,减少切削加工振动信号58%以及降低表面粗糙度89.7%。     

垂度阻尼索的设计及对结构减振的试验研究

高耸结构在地震、强风或其它激励的作用下易发生大幅振动甚至倒塌,由于缺少阻尼器理想的安装位置,目前直接采用阻尼器对结构进行减振的效果并不理想。垂度阻尼索利用高耸结构与地面之间的相对位移,经过放大后驱动阻尼器进行耗能减振,是阻尼器对高耸结构减振的新尝试。为了研究垂度阻尼索对高耸结构的减振性能,首先制作了黏性阻尼系数可调节的电涡流阻尼器,并通过试验结果获得其黏性阻尼系数与磁铁数量的关系;然后采用主索、电涡流阻尼器和复位弹簧制作垂度阻尼索,并对模型结构进行了减振试验。研究结果表明:垂度阻尼索对高耸结构减振的效果随主索垂度减小而增大,随阻尼器黏性系数增大而增大,为结构提供的附加阻尼比可达30%以上,远大于现有减振措施所能提供的附加阻尼比。     

输电线路防舞电涡流阻尼器参数优化试验研究EI北大核心CSCD

基于动力相似关系,以某1000 kV八分裂输电线路为工程原型,设计了输电导线-电涡流阻尼器系统的1∶17大比例缩尺试验模型。通过导线-阻尼器系统的自振试验测定系统的等效阻尼比,并对电涡流阻尼器的安装位置、刚度系数、阻尼系数以及导线初始张力等设计参数对系统等效阻尼比的影响进行了相关研究。为了验证由自振试验所确定的阻尼器最优参数下的真实防舞效果,在易舞风攻角下,对安装阻尼器前、后覆冰导线-阻尼器系统的线性化运动方程的特征值实部进行了计算,发现安装阻尼器将明显提高导线起舞风速;利用ANSYS软件对易舞风攻角下的导线舞动响应进行仿真模拟研究,安装阻尼器后覆冰导线不再激发舞动,防舞效果非常明显。试验表明:导线系统的一阶等效阻尼比将随着阻尼器阻尼系数的增大呈现先增大后减小的趋势,存在一个最优阻尼系数C_(opt),而阻尼器刚度的存在不利于阻尼器发挥减振效果;阻尼器的安装位置越靠近跨中,导线系统的一阶等效阻尼比提升越明显,阻尼器的减振效果越好;导线初始张力越大,导线系统的等效阻尼比的最大值(ξ_(max))也会相应提高。     

利用电磁超声横波检测二冷区尾端连铸坯壳厚度

使用电磁超声横波对二冷区尾端的连铸坯壳厚度进行检测,并建立了有限元仿真模型.选取Q235连铸小钢坯作为被测对象.为减小永磁铁的提离距离、在被测体内部生成更大的感应涡流,文章利用多物理场有限元仿真软件建立了一种不同于一般结构的电磁超声换能器仿真模型:圆柱形永磁体两侧并行排列螺旋线圈.分析了永磁铁尺寸对磁场涡流的影响以及电...     

永磁式电涡流制退机磁路仿真及优化研究EI北大核心CSCD

基于永磁式电涡流阻尼技术对火炮反后坐装置的制退机结构进行了全新的设计,通过原理试验验证了同极相对永磁阵列方案具有良好的缓冲制动性能。建立永磁式电涡流制退机仿真模型,针对强冲击载荷下的火炮后坐过程分析制退机在不同磁轭、气隙、导体筒以及导磁筒厚度参数影响下的后坐阻力特性。建立多目标后坐阻力优化模型,并基于BP(back propagation)神经网络和遗传算法下的现代优化计算方法,在Pareto解集中寻找改善去磁效应影响下后坐阻力曲线马鞍形特征的最优解。研究结果表明:电涡流阻尼器冲击响应试验验证了磁路方案的可行性和仿真结果的正确性;磁轭与导体筒厚度这两项电涡流制退机参数对后坐阻力和去磁程度影响较大;优化后的后坐阻力曲线马鞍形特征减弱,曲线充满度从79.51%提高到88.05%,验证优化策略可行。     

门上设置弹簧与阻尼器的防护门抗爆性能的理论与数值分析

采用理论与数值分析方法研究在门上设置弹簧和阻尼器提高防护门抗力的可行性及有效性。首先,利用第二类Lagrange方程,建立了门体上设置弹簧和阻尼器结构的三自由度等效体系简化分析模型,系统研究了刚度系数、阻尼系数和质量比对防护门动力响应的影响特点与规律,结果表明:仅在刚度系数和阻尼系数较小的情况下,上述措施可以有效降低防护门的跨中位移,但此时门上辅助结构的位移太大;在刚度系数较大而阻尼系数较小的情况下,防护门与门上辅助结构之间存在共振现象;在刚度系数和阻尼系数都足够大的情况下,上述措施作用仍然十分有限。其次,对典型的防护门结构进一步进行了精细化非线性有限元分析,计算结果再一次表明门上设置弹簧和阻尼器难以有效提高防护门抵抗核爆和化爆荷载的能力。