基于磁流变弹性体的竖向智能隔振支座性能研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jiangchong122
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振动在土木工程中广泛存在,其不仅会威胁结构的安全,还会影响建筑物的正常使用。隔振作为一种有效的振动控制方式已经在工程中推广应用,但是在实际应用中也存在一些问题,比如传统的隔振支座一旦安装完成,在外部激励或上部结构的动力学特性发生变化时支座刚度无法适时变化,这将导致隔振效果变差甚至结构的响应被放大。近年来,智能材料的出现使得结构刚度和阻尼的自适应调节成为可能。磁流变弹性体(Magnetorheological Elastomer,简称MRE)因其具有良好的变刚度变阻尼特性已经被广泛用于结构减隔振领域。目前对MRE的磁流变效应、本构模型、减振应用等研究主要针对MRE的剪切工作模式,对MRE的拉压工作模式的研究较少。但是在竖向隔振中主要依赖于MRE的拉压工作模式,鉴于此,本文对轴向磁流变效应、MRE拉压本构模型、MRE在竖向隔振中的应用等方面展开了研究,具体研究内容及成果如下:(1)根据已有研究确定了用于制备MRE的原料及其配比,并制备了用于MRE剪切和拉压力学性能测试的样品。然后利用本文搭建的MRE轴向磁流变测试系统和剪切流变仪得到了拉压滞回曲线和剪切滞回曲线。根据滞回曲线计算得到了MRE的动态粘弹性参数,并对两种工作模式的粘弹性参数在不同磁场强度和应变幅值下的变化规律进行了研究。结果表明,MRE的拉压工作模式不仅可以提供相比剪切模式更高的储能模量还展现出了良好的磁致变刚度变阻尼特性,在竖向隔振领域具有一定优势。(2)针对经典的Kelvin模型与实测拉压滞回曲线拟合较差的问题提出了改进Kelvin模型的MRE拉压非线性本构,拟合效果较好,且拟合各参数仅与磁场强度有关。然后根据MRE拉压本构模型建立了MRE竖向变刚度隔振支座的力学模型,基于力学模型给出了隔振支座的设计方法并对一个单自由度的隔振结构进行了设计。最后,对MRE支座的结构形式进行了设计,并根据上述单自由度隔振结构的设计结果制作了一款竖向变刚度隔振支座。(3)为了考虑加载频率对MRE的影响,本文对第三章设计的单自由度隔振结构进行了扫频试验,结果显示,隔振结构的固有频率与阻尼比在不同磁场强度和加速度幅值下的变化规律,与MRE储能模量和损耗因子在不同磁场强度和应变幅值下的变化规律保持一致。最后,针对建筑内设备MRE竖向隔振这一情形,提出了一种刚度负向调节的半主动控制策略,经过正弦加载和和扫频加载试验,验证了这一控制策略的有效性。
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