[发明专利]一种新型磁流变弹性体自适应隔震器

说明书

本发明涉及一种新型磁流变弹性体自适应隔震器，包括外部支架、顶板、底板、钢块、叠层MRE、钢层、磁性线圈，叠层MRE为含有MWCNTs的MRE层；钢层为导电钢层，钢层与叠层MRE交替设置，且钢层与叠层MRE形成的整体位于两个钢块之间；钢层、叠层MRE以及上下两个钢块形成的整体位于顶板与底板之间；叠层MRE和钢层位于磁性线圈内。本发明实现了结构的优化和自适应性能。提高了结构的移频特性和吸振能力。利用“智能”磁流变弹性体开发可调宽频隔震器，该隔震器可提供对固有频率的适应性，以实现对非平稳干扰的实时振动控制。将新型MRE纳米复合材料应用于隔振装置，在结构动力耗能和振动抑制方面具有卓越性能。

技术领域

本发明涉及一种新型磁流变弹性体自适应隔震器。

背景技术

对于隔震高风险工厂(如核反应堆或一些化学设施)，磁流变(MR)隔离器的使用具有相当大的前景。这些隔离器的设计必须满足承受极高潜在地震的要求：例如，采用常用的高阻尼橡胶支座(HDRBs)时，某些厂房在较低地震时可能表现较差。这是由于普通HDRB的隔震刚度在一定地震水平下有所增加(在非常大的激励下，由于硬化，HDRB的刚度再次增加)。其中MR材料以其巨大的工业潜力成为最重要的智能材料之一。它们被归类为一种功能智能材料，具有可调的流变和粘弹性特性，如屈服应力、剪切应力、动态模量和外加磁场时的阻尼特性。磁流变弹性体(MRE)的制备工艺与普通橡胶相似，采用简单的化学工艺，材料包括软磁颗粒、弹性体和添加剂。

MRE是一种将依赖磁场的粒子悬浮在非磁性弹性基体内的复合材料，被认为是一种“智能”材料。磁场效应引起材料刚度和阻尼特性的变化，使材料具有更强的适应性和可控性，从而为这类隔振器创造了广阔的应用前景。随着外加磁场的改变，MREs的力学性能也随之改变。MRE本质上是一种固体材料，其工作模式主要为剪切和拉压模式。粒子被磁化后产生磁力，这种负荷导致基体橡胶压缩。当粒子被拉伸或压缩时，磁化粒子之间的作用力与粒子之间的位移有关。

前期，学者们对MRE隔振器进行了一系列的研究和评述。如：提出了一种基于MRE的主动阻尼减振器；设计了一种具有良好吸振能力的轴向半主动MRE动力减振器；研究了MRE的谐振位移特性，验证了吸收器的非线性和自适应性，具有更宽的有效频率带宽。MRE减震器吸能以及阻尼的特性为其在隔震方面带来了广阔的应用前景。目前，很少有考虑磁场强度、应变幅值和加载频率等因素的MREs理论模型的研究。合理设计通过多层磁流变层的磁路，研制出一种变刚度减阻尼隔振器。为了保护结构免受近断层或远断层地震的影响，开发了一种具有可调横向刚度的MRE基础隔震设计。利用MRE隔振器的试验数据，实时预测剪切力，表征隔振器的滞回性能。在适当的预紧力和磁场作用下，研制出了一种自适应隔离器。为了减小惯性测量单元在三个方向上的剧烈振动，研制了一种MRE隔振系统。采用基于Lyapunov的控制方案，在某大型建筑中对新型变刚度减振隔振器进行了验证。通过将基于MRE的隔震装置应用于单层建筑结构，在地震激励下进行模糊控制，验证了该隔震装置的有效性。提出了一种改进的变刚度半主动控制律，以达到比传统开关控制律更高的控制效率。基于最优广义回归神经网络建立了MRE基隔振器的逆动力学模型，采用LQR控制器对进行实时半主动控制。

回顾MRE材料在隔震方面的应用，目前还没有关于具有多壁碳纳米管(MWCNTs)的新型磁流变材料的研究报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型磁流变弹性体自适应隔震器，实现了结构的优化和自适应性能以及提高了结构的移频特性和吸振能力。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种新型磁流变弹性体自适应隔震器，包括外部支架、顶板、底板、钢块、叠层MRE、钢层、磁性线圈，所述叠层MRE为含有MWCNTs的MRE层；所述钢层为导电钢层，所述钢层与所述叠层MRE交替设置，且所述钢层与所述叠层MRE形成的整体位于两个所述钢块之间；所述钢层、所述叠层MRE以及上下两个所述钢块形成的整体位于所述顶板与所述底板之间；所述叠层MRE和所述钢层位于所述磁性线圈内。