智能磁流变弹性体夹层梁的强振动抑制性能研究

摘要

土木和机械工程中存在着各种振动现象，微小的振动会影响器械的精度，而剧烈的振动会引起安全事故和不可恢复性的破坏，因此需要进行工程结构的振动控制研究。磁流变弹性体（MRE）是近年来发展的一种智能材料，其动力学特性例如刚度与阻尼可通过外部磁场控制，而且反应迅速、性能稳定、无磁流变液的分层问题，是结构主动控制的一种理想材料。
　　本文研究智能磁流变弹性体夹层梁在地震激励下的强振动抑制性能。将工程结构简化为典型的支承质量的水平横梁与垂直竖梁，磁流变弹性体夹层横梁支承质量系统与磁流变弹性体夹层竖梁系统的微振动已有研究，而其强振动尚缺乏研究。本文分别研究了该两种夹层梁系统的随机强振动响应，通过理论分析与数值计算，说明磁流变弹性体用于夹层梁系统的强振动抑制性能。
　　首先，介绍了磁流变弹性体的制备，材料的静动力学性能，外加磁场对于其力学性能的改变作用等，给出磁流变弹性体动力学的时域数学模型，同时说明在频域可以用等效的刚度与损耗因子，他们是振动频率与磁场强度的函数。本文将用频域刚度与损耗因子描述磁流变弹性体的动力学特性。
　　其次，考虑磁流变弹性体夹层横梁及其支承质量的系统，在基础地震激励下的随机强振动抑制性能。推导出夹层横梁系统的偏微分运动方程，运用伽辽金法进行空间离散，将该方程转化为关于时间的常微分方程组，用以描述多自由度系统的振动。再根据随机振动的频域分析方法，推导该系统的频响函数与功率谱密度函数，得到夹层横梁的功率谱密度函数与均方响应，其中以简支边界与Kanai-Tajimi地震激励谱为例。最后，用Matlab软件进行编程计算，通过数值结果说明磁流变弹性体夹层横梁及其支承质量系统的随机强振动抑制效果，并讨论了磁流变弹性体夹层梁主要参数的影响。
　　然后，考虑磁流变弹性体夹层竖梁及其支承质量的系统，在基础地震激励下的随机强振动抑制性能。推导出夹层竖梁系统的偏微分运动方程，运用伽辽金法转化为常微分方程组，描述多自由度系统的振动。再根据随机振动理论，推导该系统的频响函数与功率谱密度函数，得到夹层竖梁的功率谱密度函数与均方响应。虽然分析方法与前类似，但因动力学模型不同，相应的数学描述、方程及其解都完全不同，其中边界为固定-自由，激励谱仍以Kanai-Tajimi谱为例。最后，进行编程计算，通过数值结果说明磁流变弹性体夹层竖梁及其支承质量系统的随机强振动抑制效果。
　　最后一章全面总结了文中前几章的研究内容，对待解决的研究问题进行了分析。研究结果可为有关工程结构的强振动抑制提供理论基础。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 工程中的梁结构

1．1．2 振动控制的重要性

1．2 磁流变弹性体材料的发展状况

1．3 MRE夹层梁振动及控制的研究状况

1．4 本文的研究内容和方法

1．5 本章小结

第2章 磁流变弹性体材料

2．1 MRE材料的制备与基本力学性能

2．2 MRE材料的动力学性能

2．3 MRE材料的动力学模型及可控性

2．4 本章小结

第3章 MRE夹层横梁的强振动抑制性能

3．1 引言

3．2 磁流交弹性体夹层梁的振动方程

3．3 随机地震激励

3．4 MRE夹层横梁的随机振动解

3．5 数值结果及强振动抑制性能

3．6 本章小结

第4章 MRE夹层竖梁的强振动抑制性能

4．1 引言

4．2 磁流变弹性体夹层竖梁的振动方程

4．3 MRE夹层竖梁的随机振动解

4．4 数值结果及强振动抑制性能

4．5 本章小结

第5章 总结

5．1 本文总结

5．1．1 研究得到的结论

5．1．2 本文研究存在的不足

5．2 本章小结

参考文献

致谢

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