磁流变组合隔震系统设计与试验研究

论文摘要

当地下工程遭受到强爆炸冲击荷载作用时,工程内将产生巨大的破坏力。由于爆炸冲击荷载持时短,结构运动几乎在瞬时就达到了峰值,致使粘滞阻尼的隔震效果有限,如何有效降低爆炸冲击荷载作用下地下结构的加速度响应成为了该领域的重要课题。本论文根据磁流变技术的最新研究动态,针对地下工程实际需要,提出了适合于地下工程抗强爆炸冲击震动的半主动控制隔震系统,该系统由磁流变阻尼器和传统的钢丝绳隔震器按某种方式组合而成,把磁流变阻尼器的阻尼力大小可调控的优点很好的集成在这种半主动控制系统中,解决了传统的被动隔震器因不能随震动大小调节阻尼力而影响到隔震系统隔震功能的最佳发挥问题。利用理论分析和试验验证的方法,对半主动控制隔震系统在爆炸冲击载荷下的动力学模型、磁流变阻尼器的动力学特性以及控制方法和控制系统设计与实现进行了研究,通过对阻尼器结构参数的优化设计,研制出一系列适合于爆炸冲击荷载作用的剪切阀式的磁流变阻尼器,并建立了相应的力学模型,研制出磁流变液自循环装置,成功解决了磁流变液体长期静置沉降的问题。通过对比分析,确定了简单易行的PID控制方法,阐述了控制系统的设计与实现。为了检验磁流变组合半主动隔震系统的隔震性能是否比传统被动隔震系统有所增强,对研制的半主动控制抗爆炸冲击隔震系统进行了室内冲击试验。试验结果表明,基于ACMRD型磁流变阻尼器的半主动控制隔震系统能充分利用阻尼器的性能,以较小的控制力达到较好的隔震控制效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状及存在的问题
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.2.3 磁流变阻尼器应用于爆炸隔震领域存在的问题
• 1.3 主要研究工作
• 第2章 磁流变阻尼器的构造设计
• 2.1 磁流变液的特性
• 2.1.1 磁流变液的选取
• 2.1.2 磁流变液的磁特性
• 2.2 MRD 的结构设计
• 2.2.1 MRD 的工作原理及分类
• 2.2.2 MRD 的结构形式
• 2.2.3 磁流变阻尼器结构参数设计
• 2.2.4 磁流变阻尼器磁路的设计
• 2.3 磁感应强度的测量
• 2.4 MRD 抗沉降自循环装置
• 2.4.1 抗沉降自循环方法的工作原理
• 2.4.2 抗沉降自循环装置
• 2.5 小结
• 第3章 磁流变阻尼器力学模型的建立及其参数辨识
• 3.1 磁流变阻尼器力学模型研究现状
• 3.2 爆炸冲击环境下的磁流变阻尼器力学模型提出
• 3.2.1 爆炸冲击环境对力学模型提出的新要求
• 3.2.2 ACMRD 型磁流变阻尼器力学模型的建立
• 3.3 磁流变阻尼器的力学性能试验研究
• 3.3.1 试验装置
• 3.3.2 试验方法
• 3.3.3 试验结果的处理
• 3.3.5 试验结果分析
• 3.4 磁流变阻尼器的力学模型参数辨识
• 3.4.1 最小二乘法
• 3.4.2 单纯形法
• 3.4.3 两步辨识法
• 3.4.4 力学模型参数辨识结果
• 3.5 小结
• 第4章 磁流变阻尼器半主动控制系统的设计与分析
• 4.1 冲击震动半主动控制系统分析
• 4.2 控制方法分析
• 4.3 控制系统的设计
• 4.3.1 功能要求
• 4.3.2 系统主要技术参数
• 4.3.3 确定系统方案和模块方案
• 4.3.4 总体控制方案设计
• 4.3.5 硬件电路设计
• 4.3.6 控制器软件设计
• 4.3.7 试验内容与试验结果分析
• 4.4 小结
• 第5章 半主动控制隔震系统的室内冲击试验研究
• 5.1 室内冲击试验
• 5.1.1 试验目的
• 5.1.2 试验内容
• 5.1.3 试验方法
• 5.1.4 试验数据处理
• 5.1.5 隔震系统自振频率的确定
• 5.2 试验结果分析
• 5.2.1 隔震系统响应信号的对比分析
• 5.2.2 隔震系统的动态滞回曲线及阻尼特性
• 5.2.3 半主动控制系统的动态响应
• 5.2.4 基于振动剂量值法的试验结果分析
• 5.3 小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢