设计、制作了阻尼力可调范围大、位移不受限制的旋转剪切式MR阻尼器,进行了MR阻尼器力学性能试验,提出了MR阻尼力库仑摩擦阻尼力峰值与输入电流的玻尔兹曼函数关系。分析了MR阻尼力时程,MR阻尼力与位移、速度关系,以及振动频率、幅值和电流对MR阻尼力的影响。对比MR试验值与基于玻尔兹曼函数Bingham模型值的关系,证明了基于玻尔兹曼函数的Bingham模型是合理的。

磁流变式调谐液柱阻尼器(MR-TLCD)是由调谐液柱阻尼器(TLCD)和磁流变液阻尼器(MRD)组成的新型半主动控制装置。依据Lagrange方程建立了MR-TLCD与单自由结构耦合运动方程,基于线性二次型经典控制计算出最优主动控制力,采用Bang-Bang、离复位以及限界Hrovat最优控制三种算法来实现半主动控制策略,以Northridge地震动为例在Matlab/Simulink模块下进行了仿真计算。结果表明三种半主动控制策略中离复位控制最优,限界Harvot,Bang-Bang次之,且都优于被动控制效果。相对位移控制效果好于相对加速度,均方根值效果好于峰值效果。但MR-TLCD抑制结构受到此类特征周期地震作用时有放大加速度峰值可能。

基于Bingham力学模型,设计、制作小尺寸旋转剪切式MR阻尼器,通过数字式特斯拉计测量励磁线圈的磁感应强度。设计了阻尼器试验装置,并对此MR阻尼器进行2种激励位移、11种输入电流和4种激励频率共88种工况的力学性能试验,根据MR阻尼力-速度滞回曲线,克服Bingham模型在零速度附近不能说明阻尼力-速度的关系,引入惯性力项方法,提出了改进滞回曲线非线性力学模型。采用智能粒子群算法辨识修正的滞回力学模型参数,通过阻尼器试验数据与修正滞回力学参数值进行对比,证明此滞回模型能很好地描述MR阻尼器强非线性的动力特性。

涡激力展向相关性是准确预测三维柔性结构涡激振动振幅的重要因素。以宽高比5∶1矩形断面为例,通过气动力展向相关函数理论建模和节段模型弹性悬挂测振、测压风洞试验,研究了涡激振动锁定区间内实测气动力展向相关性变化规律。研究结果表明在涡激振动锁定区间内,实测气动力由完全相关的自激力和不完全相关的随机气动力组成,展向相关性可以用指数加常数型函数描述,指数项系数为随机气动力占实测气动力的能量比,指数项系数和常数之和等于1;实测气动升力均方根在涡振起振阶段最大,随着风速增大反而减小,随机气动力均方根基本保持不变,由此导致实测气动力展向相关性表现为起振阶段最强,随着风速增加而减弱。

端部条件和展弦比是风洞试验节段模型设计的2个重要因素。为了研究端部条件和展弦比对节段模型气动力特征的影响,开展了不同端部条件和不同展弦比的宽高比5∶1矩形断面刚性节段模型静态测压风洞试验。研究结果表明:(1)端部条件和展弦比共同影响着节段模型上流场展向分布。(2)当模型长度大于2倍端部影响区间的长度时,模型上气动力在展向呈现等腰梯形分布;当模型长度小于2倍端部影响区间的长度时,模型上气动力在展向呈现等腰三角形分布。节段模型设计时应重视模型展弦比,合适的展弦比能获得更可靠的结果。

磁流变式调谐液柱阻尼器(MR-TLCD)是由调谐液柱阻尼器(TLCD)和磁流变液阻尼器(MRD)组成的新型半主动控制装置。依据Lagrange方程建立MR-TLCD与单自由度结构耦合动力方程,从耗能受力角度详细阐述MR阻尼力、TLCD液体恢复力是阻尼力还是负阻尼力。基于MTALAB/Simulink工具箱,仿真分析单自由度被控结构受风致振动时简单双态控制、离复位控制和两级双态控制三种半主动算法下的减振效果。结果表明提出的两级双态控制算法效果最优,离复位控制次之,简单双态控制远好于被动控制效果。综合考虑MR-TLCD与被控结构组成的动力系统,两级双态控制最趋于稳定。三种控制算法均显示良好控制效果,且结构位移控制效果略好于结构加速度。