面向横向震动控制的磁流变弹性体材料及器件研究

摘要

现代建筑对结构防风抗震的要求愈来愈高，作为传统地震防护技术的延拓，基础隔震发展成为21世纪最具代表的革新性结构抗震技术之一。地震波的破坏形式主要体现在使地面发生前后、左右抖动的横波上，横波的形式具有不确定性和时变性。而传统的隔震系统性能参数固定，不能根据外界激励和载荷变化做出调整，具有较大的局限性。为弥补传统隔震装置的缺陷，近些年来，国际研究者和工程人员提出将磁流变弹性体应用于抗震领域。通过调节外加磁场强度，磁流变弹性体的模量和损耗因子等力学性能可发生迅速可逆的连续变化，因此在结构减振降噪、缓冲抗震领域具有巨大的应用潜力。
　　论文以磁流变弹性体的研制和性能表征为基础，研发一种新型的面向多层柔性结构应用的隔震支座，并基于磁流变弹性体隔震支座的动态力学特性进行结构半主动控制仿真研究。主要工作内容如下：
　　①从基体、颗粒、辅助添加剂出发，针对不同的原材料和制备工艺研制出应用于抗震领域的高性能磁流变弹性体，并研究基体种类和制备磁场对磁流变弹性体动态力学性能的影响，从而进一步优化配比和制备方案。
　　②探讨颗粒表面修饰对磁流变弹性体性能的影响，尝试采用经化学还原反应生成的铁纳米产物对羰基铁粉进行物理包覆，然后用修饰后的复合颗粒部分替代原有的羰基铁粉颗粒研制出两相磁流变弹性体，并深入探讨该材料的磁流变特性及阻尼特性。
　　③从工作模式选择、器件材料选择、磁路分析等方面出发，优化磁路设计和装配工艺，实现新型的叠层磁流变弹性体隔震支座的零件制造及装配。
　　④搭建磁流变弹性体隔震支座的测试平台，测试其动态力学响应特性，得到不同电流、位移幅值和激励频率下隔震支座的加速度传递率特性及力-位移特性。然后根据传递函数分析器件的移频特性，根据力-位移关系分析器件的刚度和阻尼特性。
　　⑤针对实验搭建的多层柔性结构，从模型描述方法、半主动控制器设计、系统性能分析等多个方面对隔震系统进行研究。从结构位移和加速度响应的控制效果出发，分析对比在被动隔震、开关控制和LQR最优控制下多层柔性结构模型每层的地震波响应情况。

目录

封面

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目录

1 绪论

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 磁流变弹性体研究进展

1.3 本文的主要研究目的和内容

1.4 本章小结

2 磁流变弹性体的制备及性能表征

2.1 硅橡胶基磁流变弹性体的研制

2.2 聚氨酯基磁流变弹性体的研制

2.3磁流变弹性体的性能表征

2.4 本章小结

3 颗粒表面修饰对磁流变弹性体的性能影响研究

3.1 颗粒表面修饰

3.2 铁纳米片包覆羰基铁粉的试验手段

3.3铁纳米片包覆羰基铁粉对MRE性能的影响

3.4 本章小结

4 磁流变弹性体隔震支座的设计及其力学性能研究

4.1磁流变弹性体隔震支座的设计

4.2磁流变弹性体隔震支座的制作

4.3磁流变弹性体隔震支座的工作原理

4.4磁流变弹性体隔震支座的性能测试

4.5 本章小结

5 基于磁流变弹性体隔震支座的结构半主动控制仿真

5.1叠层MRE隔震支座模型建立

5.2多层柔性结构数值分析模型

5.3控制算法研究

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 工作展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文

B. 作者在攻读硕士学位期间申请的专利

C. 作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目

D. 作者在攻读硕士学位期间参加的学术会议