一种新型磁流变阻尼器的性能实验研究

　　磁流变(MR)液是1948年由Rabinow提出的,它在外磁场作用下的行为与电流变(ER)液有许多相似之处,即粘滞性可以随外场的改变在ms时间内变化,并且这种变化是可逆的.在强磁场作用下,它由自由流动状态变为半固态,除去磁场后即恢复液态.这种变化的连续、可逆、迅速及可控制性使之具有良好的研究、开发和应用潜力[1].利用可控制MR液流变效应的阻尼器是其应用研究最多、发展最快的领域之一,这种阻尼器可用于机械振动及土木工程结构在风和地震作用下的消能减振控制[2~6].

　　1　MR阻尼器的阻尼特性实验

　　根据相关的模型及工作原理,本研究设计并制作了几个原型MR阻尼器.阻尼器为双作用流动剪切混合型,长约50 cm,外径80 mm,行程±3cm,间隙约1 mm,内部活塞上有产生磁场的线圈,最大电流为2 A,MR液粘度为0.2~1 Pa·s.根据土木工程结构特点及《建筑抗震设计规范》关于消能减震和消能部件的性能要求,实验荷载取频率0.1~4 Hz简谐荷载.本实验所取频率为0.1Hz,0.2Hz,0.4Hz,1.0Hz,1.5Hz,及振幅为5mm,10mm,15mm等工况.在频率和振幅一定的情况下,改变所加电流为0.0 A,0.5 A,1.0 A,1.5 A,2.0 A等情况采集各组数据.

　　1.1　阻尼器力-位移特性

　　图1是频率为0.2Hz,振幅为10mm时不同电流情况下的力-位移关系.由图可见,阻尼器滞回曲线非常饱满,在较理想情况下,阻尼力与位移的变化关系仅在位移幅值时较为明显.

　　1.2　阻尼器力-速度关系

　　由图2可见,阻尼力与速度的变化密切相关,在低速区均表现为非线性关系,在高速区接近线性关系.上述曲线出现了上下两支,且都不通过零点,其原因是阻尼器运行到最大行程(接近0速度)时活塞与外缸体之间MR液空洞作用,它使阻尼力不为0.由上述曲线可知,阻尼器为速度相关型,速度越大则阻尼力越大.

　　1.3　频率和位移对阻尼比的影响

　　实验表明(图3),阻尼比大部分在0.4~0.5之间.相同位移时频率增加则阻尼比增加,并在较大位移值时较明显;相同频率时阻尼比随位移增加而加大,这都说明阻尼器的阻尼比随速度的变化而变化.

　　由图4可见,速度相同时阻尼比随阻尼器位移有增加的趋势.

　　1.4　外加电流的变化与阻尼力和阻尼比的关系

　　由图5可见,在任何一种频率及位移条件下,改变外加电流,阻尼力则随电流的加大而增加,并在某一数值时达到饱和,这与阻尼器内磁场饱和是一致的,即与线圈磁化曲线是一致的.MR阻尼器能通过控制外加电流的改变而显著改变阻尼力的大小,且消耗的外部能源较小,因此是一种较好的半主动控制装置[2].