电流变智能阻尼器的减振机理及变结构控制设计

针对多层减振结构中阻尼需随激励信号不断改变的特点，本研究揭示其阻尼受激励频率、冲击状况制约的关系，建立它们之间的离散对应规律，利用电流变液粘度可受电场控制，探索将其作为阻尼的粘度变结构控制方法，通过对激励信号的时、频特征在线识别，达到自适应控制阻尼力随激励频率、冲击状况变化，为电流变智能阻尼器提供设计方法和关键技术。 2100433B

磁流变液容易沉降，磁性粒子对器件剧烈磨损造成阻尼器寿命缩短，这些问题一直以来极大地限制了磁流变液及其器件在土木工程振动控制中的应用。磁流变脂是一种新型磁流变材料，据发现它与磁流变液一样具有良好的流变特性，同时磁流变脂的抗沉降稳定性极好。因此，我们提出采用磁流变脂阻尼器对高柔塔架结构振动进行智能控制的新思路。为了达到研究目标，我们需要系统研究：（1）高柔塔架结构的参考模型自适应减振仿真分析方法；（2）分散性好、屈服应力高、可调范围宽的磁流变脂制备工艺；（3）考虑温度效应的磁流变脂阻尼器的力学模型；（4）制作稳定性和耐久性好的阻尼器和电磁控制器。本项目研究成果为高柔塔架结构的振动控制提供了新方法，它在保留智能控制优势的同时解决了磁流变液阻尼器的固有缺陷，为推进智能控制技术更好地在土木工程中应用具有重要研究意义。

高柔塔架结构是一种重要且常见的结构形式，其具有高耸、抗侧刚度小的特点，在地震及风荷载作用下极易产生振动，引起结构破坏。为此，高柔塔架结构的振动控制有着重要的研究意义。磁流变阻尼器因其能耗低，出力大，响应迅速等优点在土木工程领域得到了大量应用。目前，应用较为广泛的磁流变阻尼器是磁流变液阻尼器，但依然存在很多不足，如磁流变液易沉降，性能不稳定，阻尼器易发生泄漏等。为了防止磁流变液沉降，我们通过在基础油中加入酯性稠化剂，增加载液密度，制备了新型智能材料—磁流变脂。磁流变脂阻尼器是一种新型磁流变阻尼器，其具有防沉降，性能稳定等特点。因此，我们提出了基于磁流变脂阻尼器的高柔塔架结构振动控制新思路。本项目的主要研究内容有磁流变脂智能材料的制备方法，磁流变脂阻尼器和控制器的研制，基于磁流变脂智能阻尼器的高柔塔架结构自适应控制仿真分析方法与高柔塔架结构振动的智能控制试验。根据研究结果，发现磁流变脂的抗沉降性远强于磁流变液，磁流变脂与磁流变液的流变特性曲线形状基本一致，但磁流变脂的零场粘度明显大于磁流变液；相同电流下，磁流变脂的剪切应力远大于磁流变液的剪切应力；相同剪切应力下，磁流变脂的剪切应变远小于磁流变液的剪切应变；试验结果表明本项目研发的防泄漏磁流变脂阻尼器在0.5Hz与1Hz的长时间工作下的性能稳定，不会产生泄漏现象且有良好的耗能能力；为了研究磁流变脂阻尼器对高柔塔架结构的振动控制效果，本项目研究了基于遗传算法的作动器最优布置理论与基于能量谱的参考模型MCS自适应控制算法，并将两种方法应用于塔架结构的振动控制试验，仿真与试验结果均表明本项目研发的防泄漏磁流变脂阻尼器能够获取得良好的减振效果。本项目的研究成果不仅提出了高柔塔架结构的振动控制新方法，还为防泄漏磁流变阻尼器的设计提供了新思路，对智能控制在土木工程中的应用有着重要的意义。 2100433B