磁流变阻尼器性能的力学模型

论文摘要

半主动控制是目前性价比较高、具有工程应用前景的一种结构控制方法,其应用越来越广泛。作为磁流变半主动控制技术的核心,磁流变（MR）阻尼器具有明显的非线性滞回特性。因此,建立MR阻尼器性能的精确而简洁的力学模型对于发挥其在振动控制系统中的作用具有至关重要的意义。MR阻尼器的阻尼力—速度曲线具有明显的滞回性,呈“S”型。因此本文以龚佩茨函数（Gompertz）和维布函数（Weibull）函数为基础,建立了MR阻尼器性能的Gompertz-1、Gompertz-2、Gompertz加权和Weibull四种力学模型。并对课题组前期设计的MR-J系列阻尼器的动力试验结果进行识别,验证本文建立力学模型的有效性和通用性。本文首先利用Excel软件判别试验数据曲线的趋势,初步确定所建立力学模型各参数的拟合函数;再利用Origin软件确定力学模型参数的拟合函数公式;最后利用Matlab软件进行绘图,将基于本文所建力学模型的拟合曲线与试验曲线进行对比,证明本文所提出的力学模型的准确性。结果表明:基于Gompertz函数和Weibull函数的力学模型形式简单、各参数物理意义明确、易识别,较理想地描述了MR阻尼器阻尼力—速度曲线低速区的滞回性和高速区的饱和性,具有较高的识别精度。在相当大范围内均可较精确地反映MR阻尼器的动态特性,适合作为MR阻尼器性能的力学模型应用于半主动控制系统中。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景和意义
• 1.2 结构控制理论
• 1.2.1 结构控制的目的
• 1.2.2 结构控制的主要途径
• 1.2.3 结构控制的分类
• 1.3 阻尼器在结构控制中的优良性能
• 1.4 磁流变效应与磁流变阻尼器
• 1.4.1 磁流变效应的机理
• 1.4.2 磁流变阻尼器的工作模式
• 1.5 磁流变阻尼器的研究应用与存在的问题
• 1.5.1 试验研究方面
• 1.5.2 计算机仿真分析方面
• 1.5.3 工程实际应用方面
• 1.5.4 磁流变阻尼器力学模型存在的主要问题
• 1.6 本文主要研究内容
• 第二章 现有磁流变阻尼器性能的力学模型及其特点
• 2.1 Bingham 粘塑性模型及其特点
• 2.2 Bingham 粘弹性模型及其特点
• 2.3 修正的Bingham 模型及其特点
• 2.4 非线性双粘模型及其特点
• 2.5 非线性双粘力学模型及其特点
• 2.6 Bouc-Wen 模型及其特点
• 2.7 修正的Bouc-Wen 模型及其特点
• 2.8 现象模型及其特点
• 2.9 修正的Dahl 模型及其特点
• 2.10 Sigmoid 模型及其特点
• 2.11 改进的Sigmoid 模型及其特点
• 2.12 双Sigmoid 模型及其特点
• 2.13 多项式模型及其特点
• 2.14 神经网络模型及其特点
• 第三章 磁流变阻尼器试验数据的拟合方法
• 3.1 磁流变阻尼器结构及试验简介
• 3.1.1 磁流变阻尼器结构
• 3.1.2 磁场测量与分析
• 3.1.3 动力性能测试与分析
• 3.2 试验数据的拟合方法
• 3.2.1 判别曲线趋势
• 3.2.2 拟合公式
• 3.2.3 绘制曲线
• 3.3 数据拟合中出现的问题及解决方法
• 3.3.1 数据拟合中出现的问题
• 3.3.2 解决方法
• 3.4 不同参数对磁流变阻尼器性能的影响分析
• 第四章 磁流变阻尼器性能的力学模型
• 4.1 基于Gompertz 函数的磁流变阻尼器性能力学模型
• 4.1.1 Gompertz 函数
• 4.1.2 Gompertz-1 力学模型
• 4.1.2.1 模型公式
• 4.1.2.2 模型验证
• 4.1.3 Gompertz-2 力学模型
• 4.1.3.1 模型公式
• 4.1.3.2 模型验证
• 4.1.4 Gompertz 加权力学模型
• 4.1.4.1 模型公式
• 4.1.4.2 模型验证
• 4.2 基于Weibull 函数的磁流变阻尼器性能力学模型
• 4.2.1 Weibull 函数
• 4.2.2 Weibul 力学模型
• 4.2.2.1 模型公式
• 4.2.2.2 模型验证
• 4.3 本文建立力学模型的特点
• 4.4 本文力学模型与其他模型的对比
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢