自供电MR阻尼器对斜拉索减振的试验研究

为简化磁流变(MR)阻尼器斜拉索减振系统,同时提高可靠性,基于电磁式振动能量回收技术构建了具有自供电特性的MR阻尼器斜拉索减振系统。其主要由分别安装在拉索较低、较高位置的电流调节式MR阻尼器、旋转式永磁发电机构成,采用链条-链轮机构进行斜拉索面内往复直线运动与电机转子旋转运动的转化,将电机回收的振动能量直接作为MR阻尼器的电源。模型斜拉索减振试验结果表明:相对外供电MR阻尼器最优被动控制,自供电MR阻尼器除斜拉索第1阶模态减振效果基本相当外,自供电MR阻尼器对斜拉索第2~4阶模态减振效果突出,相应的模态阻尼比分别提高了31.8%、37.4%与43.0%;随着斜拉索模态阶次的逐渐增大,自供电MR阻尼器的负刚度控制特性越加凸显,从而显著提高了自供电MR阻尼器对斜拉索高阶模态的减振效果。     

自供电MR阻尼器复合减振系统对斜拉索振动控制试验研究

为了提升斜拉索的减振效果,提出了一种基于旋转式电磁能量回收技术的自供电MR阻尼器复合减振系统。其主要由电磁调节式MR阻尼器、能量回收电机(永磁旋转式发电机)以及直线-旋转运动转化机构(滚珠丝杠)等组成,滚珠丝杠将拉索的往复直线运动转化为旋转式发电机转子的正反向转动,发电机回收的振动能量可为MR阻尼器的励磁线圈供电。除MR阻尼器直接耗能外,能量回收电机自身作为电磁阻尼器也参与耗能。模型斜拉索减振试验结果表明:当MR阻尼器与能量回收电机安装在斜拉索相同端时,MR阻尼与电磁阻尼产生耦合、干扰效应,斜拉索减振效果恶化;当MR阻尼器与能量回收电机分别安装在斜拉索不同端时,MR阻尼与电磁阻尼则产生耦合、协同增效作用,斜拉索减振效果将得到提升。MR阻尼器与能量回收电机位置与参数匹配合理的自供电MR阻尼器复合减振系统对斜拉索具有较好的减振效果,可为斜拉索减振提供新技术与方法参考。     

基于MR阻尼器的高速动车组悬挂系统半主动控制仿真

用联合仿真方法分析了基于磁流变(Magnetorheological,MR)阻尼器的两种半主动控制策略对8车编组高速动车组动力学性能的影响。建立了考虑非线性悬挂系统和MR阻尼器的8车编组高速动车组模型,并利用试验数据进行了验证。在进行MR阻尼器性能试验的基础上,利用多项式模型进行曲线拟合,得到了MR阻尼器的9阶多项式模型。通过ADAMS和Matlab联合仿真的方法,设计了开关控制器和改进型开关控制器,对基于MR阻尼器的高速动车组二系悬挂系统横向半主动减振器进行仿真分析。仿真结果表明:对比被动控制,开关控制和改进型开关控制作用下的车体横向加速度均方根值最大分别降低14.85%和22.58%,车辆横向运行平稳性指标最大分别降低4.23%和7.95%。由此可见,改进型开关控制的减振效果更佳。     

颗粒调谐质量阻尼器减震控制的数值模拟

提出一种颗粒调谐质量阻尼器,即通过摆绳将颗粒阻尼器悬挂于主体结构上,将目前广泛应用的调谐质量阻尼器与减震效能优越的颗粒阻尼器结合起来,以扩大减振频带,增加减振鲁棒性。基于一定的等效原则将多颗粒阻尼器等效为单颗粒阻尼器,提出一种近似的颗粒调谐质量阻尼器数值模拟方法,并介绍了系统参数的取值方法。进行了附加颗粒调谐质量阻尼器的单自由度结构实际地震输入下的振动台试验,通过对比试验结果与数值模拟结果,发现两者吻合较好,说明该简化方法可以较好地模拟颗粒调谐质量阻尼器的减震控制效果。     

某高层结构风振与地震反应控制设计方案的对比分析

摘 要：针对某98.93m高层结构自身特点设计了三种减振控制方案,即方案一将阻尼器布置在结构顶部21~26层;方案二将阻尼器布置在结构中部12~14层;方案三将阻尼器布置在结构下部3~4层,并以所模拟的脉动风荷载时程及所选地震波作为动力荷载输入,对结构进行各方案下的风振和地震反应控制对比分析。结果表明,各方案下风振与地震输入能量可得到不同程度的耗散而衰减结构的风振与地震反应。在结构的风振控制方面,方案二对结构顶层加速度和侧移的最大控制效果分别达43%和44%,其总体控制效果稍优于方案一,显著优于方案三;在结构的地震控制方面,方案一与方案二对结构顶层侧移的控制效果相当,均在10%左右,方案三控制效果最小。对同时考虑风振与地震反应的高层结构控制设计,建议尽量将减振装置设置在结构的中上部楼层,以最小的投入达到最大的控制效果。     

耗能减振层对某超高层结构的减振控制研究

本文以某288m超高层框架－核心筒结构的减振控制为研究对象,针对该工程的自身特点提出了设置非线性粘滞阻尼器、铅粘弹性阻尼器耗能减振层的六种控制方案。在10年一遇风振作用下,利用改进的自回归AR模型模拟了结构Y方向的脉动风荷载时程,并对该结构进行了不同控制方案下的风振控制研究,同时针对该结构进行了7度小震和中震作用下的阻尼减震控制研究。对比分析了不同控制方案下耗能减振层对结构地震与风振作用的减振效果,结果表明本文提出的六种控制方案不仅能有效抑制结构的风致振动,显著改善结构的风振舒适度,对结构顶层峰值加速度响应的最大降幅达40％,而且还能提高结构在地震作用下的可靠性,进一步证明了耗能减振层对于超高层结构抗风与抗震的有效性和可行性,提出了风振与地震作用下设置耗能减振层超高层结构的分析与设计建议。     

改进的Bang-Bang控制算法的理论与试验研究

将电压的切换时间作为可调参数,提出了基于位移反馈的改进的Bang-Bang控制算法。建立了磁流变阻尼器对拉索减振的半主动控制的有限元模型以及基于dSPACE、MATLAB/Simulink和磁流变阻尼器等工具的半主动控制试验平台,从有限元数值仿真和试验实测两方面分析了改进的Bang-Bang控制算法和最优被动控制对拉索减振效果的影响。理论计算和试验实测结果都表明改进的Bang-Bang控制对拉索的减振效果优于最优被动控制,同样优于经典的Bang-Bang控制算法;半主动控制时阻尼器输入电压的切换时间对拉索系统的减振效果至关重要。     

基于3-RPC并联机构的三维振动隔离系统的动力学建模与控制研究

基于车体振动的特点提出一种应用于车载设备的三维隔振系统,建立了该系统的半主动模糊最优控制模型,并通过实验验证了该多维隔振系统的性能。该系统通过使用磁流变(MR)阻尼器与弹簧组成的隔振子系统代替3-RPC(旋转副-平移副-螺旋副)并联机构中的驱动器实现空间三维振动隔离。控制模型结合了H∞状态反馈控制方法和MR阻尼器的工作原理得到阻尼器的可输出控制力,并通过模糊模型计算得到MR阻尼器的输入电流。设计制造了一套振动隔离实验平台,并采用正弦信号和随机信号进行振动实验完成了对平台的隔振性能的验证。通过测量上平台的振动加速度表明此隔振系统具有良好的隔振效果。     

基于磁流变阻尼器的隔震高架桥Skyhook控制

为进一步提高隔震高架桥的抗震性能,避免在强震下隔震支座位移过大,可以将附加减震措施与隔震支座配合使用,组成混合隔震系统。基于位移控制目标,研究了简化的两自由度高架桥线性模型分别在最优被动控制、LQR主动控制、LQR-Clipped磁流变(MR)阻尼器半主动控制及MR阻尼器Skyhook控制下的地震响应。研究结果表明,基于Skyhook控制的MR阻尼器控制效果可以达到LQR-Clipped控制的效果,相对最优被动控制也体现出一定的优越性。并且Skyhook控制系统简单,具有较强的实用价值。     

配合关系对弹性环式挤压油膜阻尼器减振特性的影响

为了研究配合关系对弹性环式挤压油膜阻尼器减振特性的影响,搭建了带弹性环式挤压油膜阻尼器的转子实验系统,设计了两套弹性环组件。通过改变弹性环凸台的配合关系及转子的不平衡质量,实验研究了弹性环式挤压油膜阻尼器的减振特性。实验结果表明:弹性环的内凸台为过盈配合时可能导致阻尼器减振失效,为间隙配合时减振效果更好;外凸台配合关系的变化不会导致阻尼器减振失效;凸台为间隙配合时,弹性环的减振效果及转子的响应与不平衡质量的关系线性度更高。提出了设计与应用弹性环式挤压油膜阻尼器时,应保证内凸台为间隙配合的设计建议。     

基于电磁感应能量捕获技术的磁流变阻尼器研究

针对目前智能结构磁流变阻尼器工作时需要外部电能输入的问题,提出一种可以自行获得电能、无需外部电能输入的新型磁流变阻尼器。与常规的磁流变阻尼器相比,该新型磁流变阻尼器能利用自带的电磁感应能量捕获结构将外界环境振动能量转换为其自身可用的电能,从而省去外部电源设备,提高磁流变振动控制系统的可靠性。首先论述该新型磁流变阻尼器的结构特征及其电能收集的理论模型,然后对其捕获电能的能力进行模拟仿真,最后在实验台架上对实际加工的实验器件原型进行实验研究。实验结果表明:在外界振动条件下,该新型磁流变阻尼器可以在无需外界电能输入的情况下改变阻尼特性,实现对振动的无源智能控制。     

磁流变阻尼器用于直升机“地面共振”半主动抑制

磁流变阻尼器是一种半主动的阻尼装置,将其用作桨叶减摆器和起落架阻尼器是直升机“地面共振” 抑制的一项新措施。针对磁流变阻尼器的非线性特性,采用能量法得到了磁流变阻尼器的等效线性阻尼。建立了含磁流变阻尼器的机体平面二自由度和刚性桨叶的“地面共振”分析模型,得出了直升机“地面共振”的稳定性区域。分析计算表明,磁流变阻尼器能在不同情况下提供抑制“地面共振”所需要的阻尼,达到半主动抑制“地面共振”的目的。     

MR阻尼器控制算法对斜拉索的减振效果

采用基于位移和速度方向的半主动控制算法,以及基于最优控制力的多种主动控制算法(线性最优控制算法、特征结构配置法、次最优控制法、变结构滑移模态控制法)对杭州湾大桥南航道桥330m长斜拉索和MR阻尼器组成的系统进行了动力分析.以全索全时段振动响应的均方根作为振动控制效果的评价指标,从控制效果和易实施的角度评述了各种半主动控制算法.计算表明半主动控制算法对斜拉索的减振效果可优于最优的被动控制.     

MR阻尼器半主动控制对拉索减振效果的仿真分析

为控制斜拉索的大幅振动,在Hamilton原理基础上应用Galerkin法建立了斜拉索动力计算模型。采用基于位移和速度方向的半主动控制算法,对某大桥330m长斜拉索和MR阻尼器组成的系统进行了动力分析,以全索全时段振动响应的均方根作为振动控制效果的评价指标。磁流变阻尼器力学关系选用Spencer现象模型。比较了MR阻尼器半主动控制与被动控制对斜拉索前三阶的减振效果,对MR阻尼器耗能机理和半主动控制算法的实用性进行了探讨。同时考察了系统的共振峰频率漂移及滞回曲线形状,提出了理想的粘性可变阻尼器模型。分析表明:基于位移和速度方向半主动控制的算法简单、易于操作、安全可靠且对长索多阶振动模态亦能取得较好的减振效果,优于被动控制。MR阻尼器的制振效果主要来自耗能,调频作用较小。     

磁流变阻尼器与拉索振动控制研究

磁流变阻尼器是一种新型智能装置,具有阻尼力连续逆顺可调并且可调范围大、良好的温度稳定性以及很好的耗能减振等特点,因而在拉索振动控制中较其它阻尼器具有显著的优势.本文总结介绍了自2000年以来应用磁流变阻尼器抑制拉索振动方面的主要研究成果.进行了拉索-磁流变阻尼器系统的减振性能仿真研究,得到了拉索模态阻尼比与阻尼器安装高度、输入电压等参数的关系,提出了应用磁流变阻尼器进行拉索振动控制的数学模型和工程实用设计方法.开展多次现场试验研究,全面评估了磁流变阻尼器的实际减振性能.开发了磁流变式拉索减振新技术,并已于2002年在岳阳洞庭湖大桥全桥实施.作者发明了一种永磁调节式磁流变阻尼器,解决了供电无保证时磁流变阻尼器的应用问题;并将其应用于长沙洪山大桥的拉索减振.近4年来显示了磁流变阻尼器对拉索良好的减振效果.     

磁流变阻尼器MNS模型参数不确定性分析

磁流变阻尼器（Magneto-Rheological damper）因其优异的性能,在地震和风荷载下的结构振动控制中有广阔的应用。采用磁流变阻尼器进行结构控制时,建立相对精确的非线性模型是设计控制策略重要因素之一,也是保证对其进行数值分析时具有较高可信度的关键因素之一。从传统优化方法获得的确定性模型参数无法考虑由于磁流变阻尼器的现象学模型（phenomenological model）内在的不确定性,从而可能导致阻尼器模型出现不准确的预测。使用马尔可夫链蒙特卡洛方法,该研究对磁流变阻尼器的Maxwell Nonlinear Slider（MNS）模型的不确定性分析,并通过与现有200 kN足尺磁流变阻尼器试验结果,证明了概率模型能够更好地预测磁流变阻尼器在预定的正弦曲线位移和实时混合模拟的位移响应下的输出力和能量耗散,从而为进一步分析结构在磁流变阻尼器控制下的响应预测提供了更为有效的工具。     

永磁调节式MR阻尼器试验研究及工程应用

设计制作了永磁调节式MR阻尼器，在专用加载试验台上对该阻尼器的力学性能进行了试验研究，分析了影响阻尼力的各种因素，对永磁式MR阻尼器和油阻尼器、橡胶阻尼器进行了拉索减振的现场对比试验研究。结果表明，所设计制作的永磁式MR阻尼器阻尼力可调范围大，比油阻尼器具有更好的温度稳定性和更大的耗能减振能力，能保证每根拉索取得最优的减振效果。该阻尼器巳成功应用于长沙洪山大桥，解决了该桥严重的风致振动问题。     

基于组合目标函数的磁流变减振器优化设计

以线圈消耗功率和活塞体积为目标函数,以可调阻尼力和时间响应常数为约束条件,以几何及线圈参数为设计变量,研究使目标函数最小化的磁流变减振器结构优化设计方法.推导了流动模式磁流变减振器的阻尼力计算公式,建立了磁流变减振器时间响应常数和线圈功率表达式.以有限元分析软件ANSYS的参数化设计语言(APDL)为优化工具,对磁流变减振器进行了结构优化设计.优化结果表明:优化后磁流变减振器体积明显降低,线圈功率减小,时间常数缩短,达到了优化目的.     

磁流变液阻尼器用于振动控制的理论及实验研究

磁流变液阻尼器作为一种可调阻尼元件,具有控制方便,响应迅速、能耗小、结构简单等特点,在振动控制领域有广泛的应用前景,本文分析了磁流变液阻尼器的四种非线性模型,从理论和实验两方面研究了磁流变液阻尼器在一种振动控制装置中的应用,理论分析和实验表明：磁流变流阻尼器随着控制电流的加大,施加于磁流变液的磁场加强而控制效果更加明显;磁流变液阻尼器在施加控制电流时反应迅速,且在低频时具有显著的振动控制效果。     

单出杆式磁流变阻尼器弹簧活塞蓄能器的设计与研究

与双出杆阻尼器相比,单出杆阻尼器有较大的行程,更适合应用于安装空间有限的领域。设计用于平衡活塞杆进出缸