叠层型磁流变弹性体隔振器设计及控制研究

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振动控制技术应用于建筑隔振领域已有四十多年的历史了,是抵御地震等强自然灾害的有效手段之一。半主动控制技术是一种非常有发展潜力的振动控制方式,具有结构简单、控制效果好、耗能少的优点。磁流变弹性体(MRE)是一种优点很多的磁流变智能材料,磁控特性优异,变刚度特性明显,在半主动振动控制领域有很大的应用前景。本文针对磁流变弹性体这一变刚度磁控特性,首先制备出高磁流变效应的磁流变弹性体、然后对叠层型磁流变弹性体隔振器进行改进设计,最后搭建基于磁流变弹性体隔振器的变刚度半主动控制系统展开仿真分析与实验研究。本文的主要内容如下:(1)改进设计MRE隔振器。对实验室已有的MRE隔振器进行改进设计,主要改进的目标是竖向承载力和磁路。从MRE材料入手到隔振器的磁路设计计算,最后进行磁场环境的仿真分析;从理论计算到模型仿真,两者的结果比较相符,满足设计条件。(2)根据测试试验数据对隔振器力学特性进行分析,选用Bouc-Wen模型和高阶多项式模型对隔振器进行建模分析,采用遗传算法对参数进行拟合。结果表明,两种模型都能很好地描述MRE隔振器的力学性能,反映隔振器的变化规律,但从误差角度分析,高阶多项式模型的预测精度要高于Bouc-Wen模型。(3)设计了基于MRE隔振器的变刚度半主动隔振控制系统,并进行了仿真分析。首先设计了合适的ON-OFF控制和模糊控制,并对设计的模糊控制器进行优化,结合遗传算法的全局搜索能力,对模糊控制器的隶属度函数参数进行优化,得到优化后的模糊控制器。然后以某四层建筑为例,在加速度峰值为0.4g的EI-Centro波、Taft波以及人工地震波三种波的作用下,分别对无隔震结构,ON-OFF控制、模糊控制以及遗传模糊控制进行仿真分析,从位移响应和加速度响应两个方面,对各控制策略进行分析比较。(4)搭建了基于MRE隔振器的隔振控制试验平台。控制系统基于DSPACE平台,搭建了实验控制模型,完成隔振控制实验。
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