智能磁流变(RM)阻尼器的实验研究

　　前言

　　磁流变(MR)液是一种电流变(ER)液的磁模拟材料,在外加磁场作用下能产生可逆的流动阻力的增加。它是一种非牛顿流体,由其制作的阻尼器,通过控制外加磁场强度的变化,在毫秒级内改变液体的流变特性,使其由液态变为半固态,实现对阻尼器特性的主动控制。磁流变阻尼器是一种具有潜力的半主动控制装置,正受到工程界的关注。

　　本文根据相应的模型和工作原理设计并制作了几种磁流变阻尼器,并对阻尼器进行了阻尼特性及相关性能的实验研究。

　　1　MR阻尼器阻尼特性实验

　　本文对所制作的原型阻尼器进行了系列实验。阻尼器如图1所示,外径约80mm,全长约50cm,行程±30mm,最大电流可达3A,间隙约1mm。

　　阻尼器阻尼特性实验过程为:液压伺服系统驱动磁流变阻尼器的活塞相对于缸体以固定的频率和振幅作简谐振动;对阻尼器施加一定的电流,测量活塞相对于缸体的相对位移、阻尼力、电流,用数据采集系统采集并记录数据;改变施加的电流重复测量、采集。改变频率和振幅,重复上述实验。

　　根据土木工程结构特点和《建筑抗震设计规范》消能减震及消能部件的性能要求,实验荷载为低频,并取为0.1Hz~4Hz。本实验取频率为0.1、0.2、0.4、1.0、1.5Hz,振幅为5、10、15mm等工况,在振幅和频率一定的情况下,改变所加电流0.0、0.5、1.0、1.5、2.0A等采集各组数据。

　　1.1　阻尼器力—位移曲线

　　图3是频率为0.2Hz,振幅为10mm时不同电流下的力—位移关系。由图可见,阻尼器滞回曲线非常饱满,消能能力强。其阻尼比分别为0.39、0.41、0.42、0.43、0.43。

　　1.2　阻尼器力—速度关系

　　由图可见,阻尼器的最大阻尼力随速度的增加而增大;低速度区为非线性关系,在高速度区其相关关系接近线性。

　　1.3　外加电流的变化与阻尼力关系

　　由图可见,阻尼力随电流的增加而增加,在某一值附近出现饱和。

　　2　结论

　　实验结果表明:在任何一种频率及位移条件下,改变外加电流都能改变MR阻尼器的阻尼力大小,随着电流的加大,阻尼力增加;阻尼力的增加速率随电流的加大而减小,并逐渐达到饱和;阻尼力随电流加大而饱和的趋势与阻尼力一致。MR阻尼器为速度相关型。

　　MR阻尼器的力—位移滞回曲线饱满,消能能力强,且阻尼可随电流的改变而变化,因此可用作结构消能减振控制的动作元件,并具有良好的效果。

　　参考文献:

　　[1]　G.W.Housner et al.Structural control:past,present andfuture. Journal of Engineering Mechanics [J]. ASCE1997,123(9)