磁流变液阻尼减震器及其振动控制的研究

摘要

磁流变液阻尼减震器是近几年出现的一种智能型减震器，它以一种新型的可控流体功能材料——磁流变液作为阻尼介质。这种减震器具有结构简单、控制应力范围大、响应速度快、不存在老化疲劳现象和功耗低等优点，有取代传统型减震器的发展趋势。 本文设计了磁流变液阻尼减震器的结构，并制造了测量磁流变液阻尼器减震效果的评价装置，采用PID控制方法，对磁流变液阻尼器在建筑结构上的振动控制效果进行了研究，主要包括以下内容： (1)研究了磁流变液阻尼器的阻尼力与伺服电机回转速度以及外界磁场的关系，利用非牛顿粘性流体模型和Bingham流体模型，建立了磁流变液流经平行平板型的阻尼力表达式，以确定磁流变液阻尼器的设计参数。 (2)设计出验证磁流变液阻尼减震器减震效果的试验装置。基于相似理论，建立了建筑结构的相似模型，采用模态分析的方法研究了用于进行磁流变液阻尼减震器振动控制试验的模型装置的动态性能，得到该模型装置的振型动画和模态参数。 (3)设计出一套用于测量磁流变液阻尼减震器减震效果的控制系统，通过加速度传感器采集实验装置的振动响应信号，利用计算机和数据采集卡，采用数字PID控制方式对伺服电机回转速度和方向进行控制，系统能够用于安装磁流变液阻尼减震器的建筑结构在多种外部载荷激励下的减震效果评价。 (4)对磁流变液阻尼减震器的减震效果进行了试验研究，在同时考虑伺服电机回转速度和方向以及外界磁场强度的情况下，安装磁流变液阻尼减震器能够使实验模型装置的响应震动幅度明显减小，验证了磁流变液阻尼减震器据有关部门统计良好的减震效果。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1传统减震器和磁流变液减震器

1.1.1橡胶减震器

1.1.2塑料减震器

1.1.3弹簧减震器

1.1.4流体减震器

1.1.5磁流变液减震器

1.2磁流变液阻尼器及振动控制技术的发展

1.2.1主动振动控制

1.2.2被动振动控制

1. 2.3混合振动控制

1.2.4半主动振动控制

1.3本课题研究的目的和意义

1.4本文的主要研究内容及创新点

第二章磁流变液的流变特性与阻尼器的仿真研究

2.1引言

2.2磁流变液的组成、特性及工作原理

2.2.1磁流变液的组成及特性

2.2.2磁流变液的工作模式

2.3磁流变液阻尼器的阻尼模型的建立

2.3.1牛顿流体与同心环形缝隙的模型

2.3.2平行平板内部压力与流量和速度的关系

2.4磁流变液阻尼器的参数优化与仿真

2.4.1磁流变液阻尼器的参数计算

2.4.2磁流变液阻尼器的仿真研究

2.5小结

第三章结构的振动控制方法及实验装置设计

3.1引言

3.2磁流变液阻尼器与建筑结构的抗震

3.2.1现代建筑结构抗震技术的发展

3.2.2磁流变液阻尼器用于结构减震的技术发展

3.3建筑结构的振动系统的建立

3.3.1基于相似理论的建筑结构振动模型

3.3.2建筑结构的结构相似模型和力学模型

3.4磁流变液阻尼器的参数选择与优化设计

3.5振动控制用磁流变液阻尼器的设计

3.5.1实验系统设计

3.5.2磁流变液阻尼减震器及传动系统设计

3.6小结

第四章减震效果评价试验装置的模态分析

4.1引言

4.2模态分析技术的发展

4.3模态分析的基本原理

4.4振动测试结构的模态实验设计

4.4.1实验装置力学模型的建立

4.4.2实验装置的模态分析

4.5小结

第五章磁流变液阻尼减震器特性测试控制系统的设计

5.1引言

5.2半主动测控试验系统的组成

5.3测控试验系统简介

5.3.1模型装置

5.3.2传感器检测系统

5.3.3数据采集板的性能

5.3.4交流伺服电机的特性

5.3.5数字驱动控制装置及线路

5.4控制系统的设计与程序开发

5.4.1控制系统的端口设计

5.4.2控制系统的采集和控制程序的开发

5.5控制系统的调试运行

5.5.1数据的预处理

5.5.2采样周期的确定

5.5.3测控系统的调试

5.6小结

第六章磁流变液减震器的控制及减震效果分析

6.1引言

6.2 PID控制原理与设计

6.2.1 PID控制原理

6.2.2 PID控制的程序设计

6.3减震控制实验及结果分析

6.3.1无减震器时的实验模型装置的震动试验

6.3.2磁流变液阻尼减震器无磁场作用的减震效果试验

6.3.3安装磁流变液阻尼减震器的减震效果试验

6.4减震实验的效果分析

6.5小结

总结

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果

致谢