永磁式调谐质量阻尼器参数研究

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1、永磁式调谐质量阻尼器参数研究王翔，王波，汪正兴，李星新53永磁式调谐质量阻尼器参数研究王翔，王波。汪正兴。，李星新(1．中铁大桥局集团桥科院有限公司，湖北武汉430034；2．桥梁结构安全与健康湖北省重点实验室，湖北武汉430034)摘要：为定量地对永磁式调谐质量阻尼器诸多参数进行设计，从电磁感应最基本的原理出发，运用理论推导，针对永磁式调谐质量阻尼器的减振模型建立了阻尼比和电、磁之间的解析表达式。分析结果表明：阻尼比与磁场强度的二次方、金属导体板厚度的二次方、磁体在质量运动垂直方向的长度成正比，与金属板的电导率成反比，另外阻尼比随着磁体和金属板的间距增加

2、而迅速衰减。根据理论成果搭建了试验平台，得到实测阻尼比及其变化趋势和理论保持一致。关键词：桥梁工程；振动控制；磁阻尼；调谐质量阻尼器；电磁感应；强磁体中图分类号：U441．3文献标志码：A文章编号：1671—7767(2013)02—0053—051引言消了机械摩擦耗能和应力集中元件，可以避免常规随着科学技术的不断发展，桥梁的跨度越来越TMD的损坏失效等情况。该项研究可以定性地实大，结构越来越柔，在地震或强风等外界动力荷载的现一定的减振效果，但针对实际结构对阻尼比的需作用下结构会产生较强烈的振动，从而严重影响桥求，该项研究尚不能定量地对磁体强度、金属板厚度

3、梁的刚度，增加桥梁结构的疲劳和损伤，最终导致桥等诸多参数进行设计。梁在设计寿命未到时就失效甚至发生灾难性事为指导永磁式调谐质量阻尼器的设计、应用，对故[1]。结构振动控制可以有效地减轻桥梁在风、永磁式调谐质量阻尼器的结构进行理论分析，通过地震、车辆等动力作用下的反应和损伤积累，提高桥提出合理的假设，建立阻尼比和电、磁之间的物理模梁的抗振性能，是大型工程结构减振和抗灾害的有型，针对减振器设计中不同阻尼比定量明确强磁铁效方法和技术L3棚。桥梁结构减振是近些年来国的用量和布置、金属导体板厚度的选取、金属板和强内、外学者研究的热点，各种针对不同桥梁类型的减磁铁的间

4、隔等参数。振器应运而生，但大部分都是接触式的，而且振动能量都被吸收后耗散掉了。磁阻尼是一种非接触减振2永磁式调谐质量阻尼器结构模型技术，而且电磁感应形成的电涡流可以产生二次磁永磁式调谐质量阻尼器的结构模型(见图1)是场被线圈吸收后发电，形成可再生清洁能源。国外按照调谐质量阻尼器来设计的：将质量块布置在直不少学者研究了电磁阻尼在汽车刹车和减振方面的线导轨上，在质量块的两侧对称布置若干强磁铁，强研究[5]，主要是通过控制电流来改变磁场达到主磁铁两极之一的那个表面和铝板平行，整个结构呈动控制的目的，鲜有关于永磁阻尼的详细研究。国对称式。强磁铁沿直线导轨来回移动时

5、铝板切割磁内有部分研究人员已经对永磁式阻尼器的性能进行感线，产生电涡流反作用于强磁铁来阻止它的运动。了一些试验研究]，有学者研究永磁阻尼在月球着这种结构在质量块的质量和弹簧的整体刚陆器缓冲过程中的应用L9]，月球重力小，对阻尼要求度尼不变的情况下，可以通过2种方式来调节阻尼低，研究的新型涡流磁阻尼月球着陆器具有较好的比：①增加强磁铁的个数或面积；②调节金属板和强缓冲效果；有研究人员研发了一种永磁式电涡流调磁铁之间的距离。谐质量阻尼器，通过铜板在强磁体表面运动形成感应电流，感应电流反过来阻碍强磁铁的运动_1。这3永磁式调谐质量阻尼器理论的解析表达种阻尼方式实

6、现了系统刚度与阻尼的完全分离，取磁阻尼的基本原理是：闭合线圈当中的磁通量收稿日期：2012—05—02作者简介：王翔(1986一)，男，2008年毕业于湘潭大学工程力学专业，工学学士，2010年毕业于清华大学固体力学专业，工学硕士(E—mailwangxiang4143@163．corn)。54世界桥梁2013，4l(2)式中，为强磁铁的运动速度；B为金属板表面的磁感应强度；z为强磁铁在与垂直方向的尺寸。感应电流为：一旦R(2)式中，R为金属板的电阻。根据安培定理口，可得感应电流产生的阻尼力为：F—BII(3)将式(1)、(2)代人式(3)可得：F==：警

7、·口(4)结合假设④，阻尼比例系数为：图1永磁式调谐质量阻尼器结构c一警㈤发生变化时会在闭合回路当中产生感应电流，而感应电流总是激发磁场来阻止引起感应电流的磁通量则阻尼比为：发生变化。r一(6)2R√忌m如图2(a)所示的一个平面可导电金属板可以看作是由无限多个同心方形闭合回路组成的，当强载流直螺线管两极端点的磁感应强度_1为：磁铁以一定的速度平行经过金属板上方时(磁感B一寺0nI(7)线和金属板表面的法线平行)，这些方形闭合回路中式中，。为真空磁导率；n为线圈的匝数。沿着螺线就会发生磁通量的改变。通过图2(b)可以发现，在管中心轴，离端点距离为d时的磁感

8、应强度为u]：某一速度7．／瞬间，只有和强磁铁尺寸重合的那个线圈有