SDOF-磁流變式調(diào)諧液柱阻尼器系統(tǒng)半主動控制試驗研究

SDOF-磁流變式調(diào)諧液柱阻尼器系統(tǒng)半主動控制試驗研究摘要：本文基于磁流變技術(shù)和液柱阻尼器原理，設(shè)計并實現(xiàn)了一種半主動控制系統(tǒng)，用于減震和控制結(jié)構(gòu)的振動。該系統(tǒng)的核心裝置是SDOF（單自由度）結(jié)構(gòu)的磁流變式調(diào)諧液柱阻尼器，通過在開環(huán)和閉環(huán)下進行試驗研究，探索了不同工況下系統(tǒng)的動態(tài)特性和阻尼器對結(jié)構(gòu)響應(yīng)的影響。實驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)可以有效地減少結(jié)構(gòu)的振動幅值和響應(yīng)時間，并能夠在不同工況下實現(xiàn)自適應(yīng)調(diào)節(jié)，具有一定的實用價值和推廣應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：磁流變技術(shù)；液柱阻尼器；半主動控制；SDOF結(jié)構(gòu)；調(diào)諧Introduction結(jié)構(gòu)地震防控是地震工程領(lǐng)域的一個重要研究方向。目前在結(jié)構(gòu)減震和控制方面，廣泛采用了各種被動和半主動控制方法。其中，液壓緩沖器和液柱阻尼器是常見的被動控制器。然而，由于受到結(jié)構(gòu)質(zhì)量分布、人工調(diào)節(jié)等諸多限制，這些被動控制器具有剛性固定阻尼和剛性固定損耗等缺點，無法適應(yīng)多種動態(tài)工況下的變化。相比之下，半主動控制系統(tǒng)，即可以在振動系統(tǒng)的不同狀態(tài)下自適應(yīng)調(diào)節(jié)，是一種更為靈活和全面的控制方法。磁流變技術(shù)是半主動控制的核心技術(shù)之一，具有電控制、開關(guān)速度快、連續(xù)調(diào)節(jié)、柔性系統(tǒng)反應(yīng)和穩(wěn)定性優(yōu)良等特點。液柱阻尼器依靠流體-固體耦合作用，在不影響系統(tǒng)固有頻率的情況下，通過改變阻尼器內(nèi)部液體流動的通道長短，來實現(xiàn)阻尼器的調(diào)諧和調(diào)整。SDOF結(jié)構(gòu)，即單自由度結(jié)構(gòu)，其簡單可靠，便于研究和監(jiān)測，是理解結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)的基礎(chǔ)。本文主要針對SDOF結(jié)構(gòu)，基于磁流變技術(shù)和液柱阻尼器原理，實現(xiàn)一種半主動控制系統(tǒng)，通過開環(huán)和閉環(huán)下的試驗研究，探索阻尼器參數(shù)和控制策略對系統(tǒng)響應(yīng)的影響，實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)振動的減震和控制。Systemdesign半主動控制系統(tǒng)主要由磁流變液柱阻尼器、控制單元和數(shù)據(jù)采集單元組成。結(jié)構(gòu)模型通過加上一個SDOF阻尼器系統(tǒng)，并接入控制單元，形成閉環(huán)控制模型。系統(tǒng)屬于混合的開環(huán)和閉環(huán)控制模式，即使用前饋控制的方式完成對液柱阻尼器的控制。磁流變液柱阻尼器主要由磁流變油腔、流體腔和調(diào)節(jié)機構(gòu)組成。其工作原理是利用磁流變油腔內(nèi)油液的磁流變特性，來調(diào)整流體阻尼和吸振效果。通過改變調(diào)節(jié)機構(gòu)的注油和抽油，可改變液柱阻尼器內(nèi)部油液的流動阻力和通道長度，來實現(xiàn)液柱阻尼器的調(diào)諧和優(yōu)化。Experimentanddataanalysis本文選取了一種在泊松比和阻尼比都較大時，結(jié)構(gòu)易出現(xiàn)共振的情況下進行試驗研究。首先，通過建立開環(huán)的模擬和實際試驗，測試液柱阻尼器在不同工況下的阻尼曲線和轉(zhuǎn)移函數(shù)，并進行參數(shù)標(biāo)定。接著，通過開環(huán)的方法觀察液柱阻尼器對SDOF結(jié)構(gòu)的控制效果，探索阻尼器參數(shù)和控制策略對系統(tǒng)響應(yīng)的影響。最后，通過閉環(huán)模擬和實際試驗，研究SDOF結(jié)構(gòu)在半主動控制模式下的動態(tài)特性和阻尼器調(diào)節(jié)效果。根據(jù)實驗結(jié)果分析，本文得出以下結(jié)論：1.磁流變技術(shù)和液柱阻尼器原理在SDOF結(jié)構(gòu)上應(yīng)用，可以有效地減少結(jié)構(gòu)的振動幅值和響應(yīng)時間，且阻尼器對結(jié)構(gòu)響應(yīng)具有較好的穩(wěn)定性和可控性，表現(xiàn)出優(yōu)異的減震和控制性能。2.阻尼器參數(shù)和控制策略會對系統(tǒng)響應(yīng)產(chǎn)生顯著影響，適當(dāng)調(diào)整參數(shù)和策略，能夠?qū)崿F(xiàn)結(jié)構(gòu)振動的自適應(yīng)調(diào)節(jié)和優(yōu)化效果。3.半主動控制相比于被動控制具有更高的靈活性和實用性，能夠在不同工況下自適應(yīng)調(diào)節(jié)液柱阻尼器，并且在一定程度上可獲取合理的調(diào)諧效果。Conclusion本文基于磁流變技術(shù)和液柱阻尼器原理，設(shè)計并實現(xiàn)了一種半主動控制系統(tǒng)，用于減震和控制SDOF結(jié)構(gòu)的振動。通過開環(huán)和閉環(huán)下的試驗研究，測試了液柱阻尼器在不同工況下的阻尼特性和調(diào)諧效果，并探索了阻尼器參數(shù)和控制策略對