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原文传递基于电磁阻尼的三种新型TMD及其控制人行桥振动的试验研究

论文题名：	基于电磁阻尼的三种新型TMD及其控制人行桥振动的试验研究
关键词：	振动控制;阻尼器;磁路设计;磁滞损耗;人行桥
摘要：	随着建筑行业的飞速发展，目前出现了许多典型的大跨度、轻质、柔性结构。此类结构自身阻尼小，自振频率低，很容易发生共振现象，严重时还会造成结构破坏。因此结构振动控制在此类结构的应用更值得研究，其中最为常用的是安装阻尼器进行减振控制。阻尼器现有的研究已经相当广泛，其中电涡流阻尼器因制作简单而备受青睐。本文主要亮点在于考虑了传统的电涡流阻尼器安装导磁铁板后与运动磁铁产生的磁力对其减振性能的影响，并将磁力应用于提高阻尼器的减振性能上，设计制作了电涡流-磁力混合阻尼器，随后为研究磁力单独作为阻尼原件制作了磁力阻尼器。最后综合考虑温度对铜板电导率的影响，设计了智能温控电涡流-电磁力混合阻尼器。　　分别从以下几个方面对课题进行了研究：　　（1）以传统的电涡流阻尼器为研究对象，首先，通过理论分析，介绍了铜和铁不同的性质来说明导磁铁板和运动磁铁间磁力的方向并非垂直于运动方向，然后介绍了电涡流阻尼器的设计制作过程，并对电涡流阻尼器自身进行了性能测试与分析。最后用电涡流阻尼器对实验室的人行桥进行减振控制，重点讨论了安装导磁铁板前后电涡流阻尼器的减振率，对比了不同激励幅值和激励频率下的减振率，结果证明了传统电涡流阻尼器在低阻尼状态下导磁铁板和运动磁铁间磁力将降低电涡流阻尼器的减振性能。其加速度减振率下降可达8%。　　（2）在磁力研究的基础上，引入新的磁铁改变磁力的性质（吸力或斥力），然后设计了电涡流-磁力混合阻尼器，以此利用磁力提高阻尼器的减振性能。首先介绍了减振原理和结构振动控制模型，然后设计了电涡流-磁力混合阻尼元件三种不同的磁路并详细介绍了制作过程，最后将其应用到人行桥上进行减振试验。讨论了磁铁尺寸和磁铁极性对其减振性能的影响。结果表明提出的电涡流-磁力混合阻尼器在电涡流阻尼器振动控制的基础上能进一步降低结构的振动响应。最优磁路设计下电涡流-磁力混合阻尼器减振率最高可达95.9%，比同工况下电涡流TMD减振率高6.8%。　　（3）随后，进一步考虑了磁力单独作为阻尼元件，设计制作了磁力阻尼器，介绍了其工作原理-磁滞损耗以及磁滞损耗的计算方法，还有其减振控制模型。随后详述了其制作过程并对其自身进行参数试验，得出不同磁铁间距，不同磁性对其阻尼比的影响。最后用其对人行桥进行振动控制，讨论了不同磁铁间距，不同磁性，不同激励下的减振率，结果表明存在最佳间距，最佳磁路使磁力TMD有很好的减振性能。当行人荷载引发结构发生超谐波共振现象时，安装磁力TMD后减振率为59.2%，具有良好的减振性能。　　（4）最后，为解决温度对电涡流减振性能的影响，设计制作了智能温控电涡流-电磁力混合阻尼器。先进行了温度对铜板电导率的机理分析，然后介绍了智能温控系统的制作过程。最后用其对人行桥进行减振控制。试验结果表明电涡流阻尼器长时间工作铜板温度升高将导致电涡流阻尼器减振性能下降，此时智能温控器对电磁铁通电，进行电涡流-电磁力混合减振将有效提高其减振性能，从而解决了温度对其影响。
作者：	马齐飞
专业：	建筑与土木工程
导师：	朱前坤;母渤海
授予学位：	硕士
授予学位单位：	兰州理工大学
学位年度：	2021