磁流变阻尼器减振特性实验研究

　　航空航天等产品在地面试车时的边界条件与产品实际飞行时常有较大区别,因此其振动状态也有较大差异。试车时的振动量级常远大于飞行时的值,且振动特性也有较大差异。此时需对产品在试车时的振动进行必要的控制,提高地面试车与空中飞行时的状态相似程度,从而提升产品试车的可靠性。在振动控制中常使用阻尼器对结构的振动响应进行抑制。阻尼器可分为常规的不可在线控制型和可在线控制型两类。由于产品在试车时的工况不断变化,因此需要采用可在线控制型的阻尼器对产品响应进行在线调节。可在线控制型的阻尼器主要有电磁阻尼器[1-2]和磁流变(电流变)阻尼器。受原理性限制,电磁阻尼器常用于轴系的振动控制,而磁流变(电流变)阻尼器可用于一般结构的控制。相对电磁阻尼器而言,磁流变阻尼器的控制简单,所需的控制能量小,控制电压低,已成为研究和应用的热点。本文尝试采用磁流变阻尼器对结构振动进行控制,主要应用实验方法探讨磁流变阻尼器的减振特性。

　　近年来,磁流变阻尼器在振动工程中的应用得到越来越多研究者的重视。1948年,Rabinow[3]发现了磁流变现象,继而提出了磁流变液(Magneto-rheological fluid)的概念。磁流变液是一种特殊的智能材料,它是由微米级的高磁导率、低磁滞性的软磁性颗粒和非磁性液体混合而成的悬浮体[4-5]。在无磁场作用下磁流变液表现为低粘度的牛顿流体特性,在外加磁场作用下可以在毫秒级时间内变成一种类似半固体具有高粘度、低流动性的物质,并呈现宾汉流体特性[6],且这种变化是可逆的。磁流变阻尼器(Magneto-rheological, MR)即为利用磁流变液在磁场中的特性产生阻尼力的半主动控制装置[7-10]。

　　在MR阻尼器的研究中,很多学者[11-14]将研究重心放在MR阻尼器力学模型的建立上。例如,Stanway等人[11]提出了Bingham模型,这是一种最简单、最常用的力学模型,由一个粘性阻尼器和库仑摩擦阻尼器组成,能有效地拟合阻尼力与位移之间的关系。Wen[12]提出了Bouc-Wen力学模型,这个模型由弹簧、粘性阻尼器和Bouc-Wen模型组成,解决了Bingham模型无法拟合力-速度特性的问题。这些都属于参数力学模型。还有些学者提出了非参数力学模型,如Dinh等人[15]提出的黑盒子模型和Metered等人[16]提出的神经网络模型等。迄今仍没有一个MR阻尼器的力学模型得到广泛的认可。因此,将现有的力学模型应用于实际工程并不能取得良好的效果。针对MR阻尼器的实际应用问题,有些学者也进行了理论研究和实验探索。Spencer等人[13,17]通过大量的试验研究,表明了MR阻尼器在减小结构地震响应中起到有效的作用。邬华[18]采用MR阻尼器对斜拉索振动的控制进行了试验和理论研究,系统地分析了MR阻尼器对斜拉索的减振效果。徐龙河等人[19-20]等基于现代最优控制理论提出半主动控制算法,研究了MR阻尼器控制结构响应的特性,并分析了时间滞后与补偿对控制系统性能的影响。汪建晓等人[21]从理论试验方面研究了MR阻尼器在振动控制中的应用。关新春、欧进萍[22]研究了修正的Bouc-Wen力学模型,为MR阻尼器在结构控制中的应用提供基础。就目前来看,绝大多数文献对MR阻尼器的研究多集中在阻尼器的参数识别和建模方面,对MR阻尼器在结构减振方面的实际研究较少见到。