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。     

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。     

新型装配式竖向电涡流TMD试验研究

针对城市大跨度钢结构人行天桥的减振需求,研制了一种结构紧凑、装配简单的新型装配式竖向永磁式电涡流TMD样机,综合TMD样机阻尼参数测试与电涡流阻尼磁场有限元分析结果提出了电涡流阻尼的初步设计方法与磁路优化布置。结果表明:新型TMD具有优良的阻尼特性、耐久性,且易于装配,工程应用可行性强。研究得到了用于竖向TMD的电涡流阻尼磁路优选构造:导体铜板两侧的矩形永磁铁宜采用同侧极性相同、不同侧极性相反的布置方式;永磁铁宜以水平单排布置为主,间距控制在永磁铁边长的一半以内;永磁铁必须安装2排或多排时,上下2排间距不宜小于永磁铁边长。     

板式电涡流阻尼器有限元仿真与参数优化

为了实现板式电涡流阻尼器的精确、高效和优化设计,首先以某一电涡流调谐质量阻尼器为计算模型,验证了采用三维电磁场有限元稳态分析方法计算板式电涡流阻尼器阻尼系数的准确性。利用三维磁场有限元稳态分析法,分析了板式电涡流阻尼器的各设计参数对阻尼比的影响。结果表明,三维磁场有限元稳态分析方法能够准确计算板式电涡流阻尼器的阻尼系数;导体板厚度、导磁钢板厚度、永磁体间距、空气间隙和永磁体的排列方式对板式电涡流阻尼器的阻尼性能影响显著,在设计中应综合考虑。     

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。     

摆式调谐质量阻尼器频率调节新方法

针对大型摆式调谐质量阻尼器(PTMD)频率调节较难的问题,提出了一种基于永磁体作用力的频率调节新方法,即在PTMD上附加安装永磁体刚度调节装置,通过调整永磁体产生附加刚度的正负与大小,改变PTMD的等效刚度,继而实现PTMD频率的双向调节。基于拉格朗日方程建立了PTMD与永磁体刚度调节装置耦合系统的运动微分方程,阐述了该频率调节方法的可行性,以及PTMD振动频率随幅值的定性变化规律,最后开展模型试验进一步验证与明确了永磁体作用力对PTMD频率的调节机理。理论分析与试验结果表明:当摆式PTMD质量块两侧均布置相吸永磁体时,PTMD频率降低;当布置相斥永磁体时,PTMD频率增大;PTMD频率调节初步设计时,永磁体作用力的附加刚度理论计算值宜适当折减后作为实际等效刚度,该折减系数可偏保守的取为0.5。     

机器扰力作用下某厂房楼板竖向振动与TMD减振研究

针对某厂房主次梁式楼板在机器扰力作用下的有害振动问题,首先综合现场振动实测与动力特性、动力响应有限元分析揭示了楼板竖向振动机理,然后以楼板结构模态等效阻尼比、竖向加速度减振率与TMD行程作为楼板减振性能指标,分别给出了单一频率扰力作用下工业厂房楼板减振用TMD的设计频率、安装位置确定原则,开展了TMD的质量比与阻尼比参数化分析,最后总结建立了TMD减振优化设计流程。结果表明:单一频率机器扰力作用下厂房楼板结构呈现典型的强迫振动特征,楼板主振动频率与扰力频率相等;TMD设计频率应取为机器扰力频率,TMD宜布置在机器扰力作用位置,TMD质量比和阻尼比参数需要结合减振性能指标优化确定。     

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。     

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...     

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。     

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。     

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...     

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。     

大间隙磁力传动系统驱动磁场的产生方法研究

针对永磁轴流式血泵大间隙磁力传动系统,提出了单磁极切换和双磁极切换两种产生驱动磁场的方法;基于ANSYS有限元分析软件仿真分析了磁场的耦合机理,计算比较了2种磁场驱动下系统的驱动力矩;通过轴流式血泵负载实验,利用大间隙磁力传动系统能量传递效率及电磁体损耗的数学模型,计算并比较了2种磁场驱动下系统磁力传动部分的能量传递效...     

输电塔减振的新型TMD开发与应用研究

针对强风和断线冲击作用下高压输电塔易发生的较大幅度振动问题,开发了一种弹簧板式电涡流调谐质量阻尼器(ECTMD)以减轻此类结构的风致振动和断线冲击效应。采用的ECTMD相比以往类似装置,其突出优点为使用非接触式的电涡流阻尼,构造简单且无内摩擦阻力,微振动下即可启动,且非对称悬臂梁摆式构造使其具有全向抑振功能。运用数值模拟和气弹模型风洞试验对有无ECTMD时的某50 m高输电塔振动响应进行了分析验证,计算和试验结果表明:ECTMD沿各方向均有一定的减振效果,在质量比约2%时,加速度减振率为18%～27%,位移减振率为10%～25%;因风作用下塔身1阶共振相比背景响应占比很小,故加装调谐质量阻尼器(TMD)装置对结构风振的抑制相对有限,但其能将结构阻尼值提高3倍左右,对于减小断线等冲击荷载效应会有较好效果。     

分布式驱动用永磁同步电机电磁转矩的解析计算

针对分布式驱动电动汽车车身阶次振动和车内噪声的主要振源—外转子表贴式永磁同步电机6k阶（ ）转矩波动,提出了一种分布式驱动用永磁同步电机电磁转矩的解析计算方法。基于永磁同步电机磁场畸变,对永磁磁极在均匀气隙中的径向分量进行了傅里叶级数分解,通过磁链、电压的计算,最终得到电磁转矩的解析解,为永磁同步电机的阶次振动与振源识别提供了理论基础。当不考虑电流谐波的影响时,对电磁转矩做了阶次分析,论证了由永磁体磁场谐波引起的电磁转矩波动频率是电源频率的6k倍频。最后,通过有限元计算验证了该解析计算结果。     

电机定子硅钢片磁致伸缩效应引起的振动

为了研究磁致伸缩效应对电机定子硅钢片的影响,建立磁-机械耦合数值模型,研究了在磁致伸缩作用下电机定子的振动情况,得到电机定子硅钢片的振动主要为供电频率的一倍频与二倍频。设计了一种仿真实验模型,模拟电机中的磁场走向,线圈与无取向硅钢片不接触,这样无取向硅钢片上只存在由变化磁场导致的磁致伸缩力;通过改变硅钢片的位置,分析磁场不同走向下磁致伸缩效应对无取向硅钢片应力特性的影响,得到无取向硅钢片主要振动频率为供电频率的一倍频和二倍频,且硅钢片处于不同位置时影响其振动的主要频率不同;在磁路发生偏转时造成无取向硅钢片在供电频率一倍频处振动明显。同时设计了实验,测量变化磁场下无取向硅钢片上的振动信号,对仿真结果进行验证,与仿真结果相符合。     

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%。     

旋转摩擦诱发粘滑振动特性分析

把旋转体和与弹性梁固结的质量块作为一对摩擦副,研究了旋转摩擦诱发质量块的粘滑运动规律.理论分析和仿真结果表明,旋转摩擦诱发质量块的运动是周期性的非常规振动,其运动过程为质量块先随旋转体一起粘滞运动,然后沿粘滞运动方向滑动,再沿相反方向滑动,无论在粘滞期还是在滑动期,质量块都在运动.这一运动重复进行,直到质量块脱离旋转体或旋转体停止转动为止.     

冲击载荷下永磁式电涡流减振器设计及动态特性分析

为研究轮式车辆的电涡流减振器在行进间冲击载荷下的动态特性,结合电涡流理论设计了一种永磁式电涡流减振器,并基于等效磁路模型和麦克斯韦方程分析了其导体筒表面空气间隙处磁感应强度与阻尼力之间的关系;同时,利用有限元法对永磁式电涡流减振器的静、动态磁场分布进行了研究,并分析了不同结构参数对其阻尼特性的影响及不同运动速度下的示功特性曲线。通过建立1/4车辆悬架动力学模型和基于高斯滤波白噪声的随机路面激励模型,对车辆行进间冲击载荷下永磁式电涡流减振器的动态特性进行了分析。结果表明：永磁式电涡流减振器的磁场在动态条件下会发生退磁以及磁感线趋速聚集现象,各结构参数对其阻尼特性的影响较大;永磁式电涡流减振器的响应速度快,压缩、复原阻尼力恒定且平稳,可以高效、快速地消除轮式车辆越野时受到的路面激励和车载武器射击时的冲击载荷,能够有效抑制车体振动。研究结果对提高轮式车辆的越野机动性以及车载武器的射击精度具有重要意义。