一种基于磁流变弹性体变频阻尼器减振试验装置及其方法与流程

本发明涉及结构工程技术领域，尤其涉及一种基于磁流变弹性体变频阻尼器减振试验装置及其方法。

背景技术：

基于磁流变弹性体变频阻尼器是由磁流变弹性体作为主要的刚度元素，利用磁流变弹性体的剪切模量可随外加磁场智能可控的特性，实现频率可随主结构频率变化而变化的新型减振装置，磁场大小的控制可以通过改变阻尼器中线圈的电流来实现。近年来，基于磁流变弹性体变频阻尼器的的设计成果层出不穷，其减振效果理论层次上已经得到了充分的研究，但要将其应用于实际结构中还得通过可靠的试验来进行验证。

目前进行阻尼器减振性能测试的试验系统大多限于阻尼器作用在频率固定的主结构上，根据荷载激励频率的不同来调节阻尼器的参数进行减振，从而验证阻尼器的减振效应，此类试验装置不适用于变频阻尼器减振性能测试。变频阻尼器需要先对主结构的进行系统识别，根据系统识别的结果通过控制器作出反馈，对阻尼器的频率进行智能调节。在试验装置系统识别方面，目前绝大多数采用的是传统的频域方法，频域方法需要获取系统激励信号和响应信号过于依赖所测频响函数的质量，但是，根据试验条件的局限性和实际结构，往往很难准确测得理想激励信号，而且依赖传统的频域方法求解所得出的系统参数往往精度不高，与实际结构的真实模态相比存在较大的误差，同时，系统识别的效率较低，这在实时振动控制中带来比较大的局限性。

技术实现要素：

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种基于磁流变弹性体变频阻尼器减振试验装置及其方法。

本发明提出的一种基于磁流变弹性体变频阻尼器减振试验装置，包括基座，所述基座的上部两端分别设有支柱，且支柱的上表面设置有支座，所述支座的上端设置有支撑钢梁，所述支撑钢梁的侧面固定设置有钢绳，且钢绳的末端缠绕在转杆上，所述转杆的末端通过转轴连接有传动齿轮，所述传动齿轮通过转轴连接调节旋钮，所述支撑钢梁的中部下表面设有质量块，且质量块的中部安装有加速度传感器，所述基座的中部对应质量块处设有连接件，且连接件的顶端安装有激振器，所述支撑钢梁的中部上表面设有磁流变弹性体变频阻尼器，所述磁流变弹性体变频阻尼器的输出端与电荷放大器的输入端连接，且电荷放大器的输出端与控制器的输入端连接，所述控制器的输出端与信号源的输入端连接，且信号源的输出端与功率放大器的输入端连接，所述功率放大器的输出端与激振器的输入端连接，所述磁流变弹性体变频阻尼器的输入端通过导线与直流电源的输出端连接，且直流电源的输入端通过导线与控制器的输出端电性连接，所述控制器通过信号收发装置与计算机信号连接。

优选地，所述质量块与支撑钢梁之间均采用螺栓固定连接。

优选地，所述质量块的数量至少为两个，且质量块之间通过螺栓固定连接。

一种基于磁流变弹性体变频阻尼器减振试验方法，具体步骤如下：

步骤一：调节旋钮使传动齿轮带动转杆旋转，使钢绳收紧对支撑钢梁两端施加一定的轴向约束力，同时控制器控制直流电源对磁流变弹性体变频阻尼器中线圈的电流进行初始化；

步骤二：利用控制器控制信号源发出白噪声激励信号，经功率放大器和激振器对主结构施加白噪声激励；

步骤三：将加速度传感器采集的测点响应信号x1(t)传递至控制器中，利用hht+mrdt进行主结构的频率识别；

步骤四：利用控制器打开直流电控制开关，根据磁流变弹性体变频阻尼器线圈中电流大小与自振频率之间的关系，利用刚度控制策略，控制直流电的大小使阻尼器的参数达到最优，经加速度传感器测得此时的响应信号为x2(t)；

步骤五：调节旋钮或者改变质量块的数量使主结构的频率发生改变，重复步骤二至步骤四，对比各组x1(t)与x2(t)的幅值的大小，进而验证磁流变弹性体变频阻尼器的减振效应。

本发明中的有益效果：本发明采用改进的随机减量技术(mrdt)对主结构进行频率识别，mrdt采用正负阈值同时对信号进行截取,使平均次数增加,从而提高自由振动响应信号的质量，在主结构中施加约束力和改变主结构质量以实现频率调节的作用，施加约束力的策略是调节在钢梁两端施加的轴向拉力，支撑钢梁两端分别连接钢绳，钢绳的另一端与中间穿孔的转杆连接，转杆的转动由传动齿轮通过调节旋钮来控制，采用hht和mrdt相结合的方式对采集的响应信号进行频率识别，作为磁流变弹性体变频阻尼器刚度控制策略的依据，能够有效地验证基于磁流变弹性体变频阻尼器的减振效应。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明试验装置的示意图；

图2为本发明梁端施加约束力结构示意图；

图3为本发明钢绳拉力调节结构示意图；

图4为本发明系统控制原理流程图。

图中：1基座、2支柱、3支撑钢梁、4连接件、5支座、6钢绳、7磁流变弹性体变频阻尼器、8激振器、9电荷放大器、10控制器、11计算机、12信号源、13功率放大器、14直流电源、15加速度传感器、16调节旋钮、17转杆、18传动齿轮、19质量块。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。

实施例1

一种基于磁流变弹性体变频阻尼器减振试验装置，包括基座1，所述基座1的上部两端分别设有支柱2，且支柱2的上表面设置有支座5，所述支座5的上端设置有支撑钢梁3，所述支撑钢梁3的侧面固定设置有钢绳6，且钢绳6的末端缠绕在转杆17上，所述转杆17的末端通过转轴连接有传动齿轮18，所述传动齿轮18通过转轴连接调节旋钮16，所述支撑钢梁3的中部下表面设有质量块19，且质量块19的中部安装有加速度传感器15，所述基座1的中部对应质量块19处设有连接件4，且连接件4的顶端安装有激振器8，所述支撑钢梁3的中部上表面设有磁流变弹性体变频阻尼器7，所述磁流变弹性体变频阻尼器7的输出端与电荷放大器9的输入端连接，且电荷放大器9的输出端与控制器10的输入端连接，所述控制器10的输出端与信号源12的输入端连接，且信号源12的输出端与功率放大器13的输入端连接，所述功率放大器13的输出端与激振器8的输入端连接，所述磁流变弹性体变频阻尼器7的输入端通过导线与直流电源14的输出端连接，且直流电源14的输入端通过导线与控制器10的输出端电性连接，所述控制器10通过信号收发装置与计算机11信号连接。

所述质量块19与支撑钢梁3之间均采用螺栓固定连接，所述质量块19的数量至少为两个，且质量块19之间通过螺栓固定连接。

一种基于磁流变弹性体变频阻尼器减振试验方法，具体步骤如下：

步骤一：调节旋钮16使传动齿轮18带动转杆17旋转，使钢绳6收紧对支撑钢梁3两端施加一定的轴向约束力，同时控制器10控制直流电源14对磁流变弹性体变频阻尼器7中线圈的电流进行初始化；

步骤二：利用控制器10控制信号源12发出白噪声激励信号，经功率放大器13和激振器8对主结构施加白噪声激励；

步骤三：将加速度传感器15采集的测点响应信号x1(t)传递至控制器10中，利用hht+mrdt进行主结构的频率识别；

步骤四：利用控制器10打开直流电控制开关，根据磁流变弹性体变频阻尼器7线圈中电流大小与自振频率之间的关系，利用刚度控制策略，控制直流电的大小使阻尼器的参数达到最优，经加速度传感器15测得此时的响应信号为x2(t)；

步骤五：调节旋钮16或者改变质量块19的数量使主结构的频率发生改变，重复步骤二至步骤四，对比各组x1(t)与x2(t)的幅值的大小，进而验证磁流变弹性体变频阻尼器的减振效应。

转杆17的转动由传动齿轮18通过调节旋钮16来控制，当转杆17往拉紧钢绳方向转动时，施加在支撑钢梁3两端的轴向力增加，磁流变弹性体变频阻尼器7固定在支撑钢梁3跨中上方，质量块19施加在支撑钢梁3中间，不同质量块之间、质量块与支撑钢梁3之间均采用螺栓固定连接，使支撑钢梁3与质量块19成为一个无相对运动的整体，在支撑钢梁3两端所施加轴向力不变时，质量块19数量增加，主结构的基频减小，反之则增加，激振器8的顶杆对准质量块19的中心，对钢梁跨中施加白噪声激励，加速度传感器15将采集的支撑钢梁3主结构加速度响应信号经过电荷放大器9传递至控制器10中，控制器10所采用的控制算法以及控制开关可以利用计算机11进行操作，控制器10可以控制信号源12发出白噪声激励信号经功率放大器13后利用激振器8对主结构施加白噪声激励，也可以控制直流电源14使磁流变弹性体变频阻尼器7中的线圈中的电流可控，实现刚度调谐作用于主结构中。

本发明采用希尔伯特-黄变换(hht)和改进的随机减量技术(mrdt)对主结构进行频率识别，控制器使用mrdt控制器，采用正负阈值同时对信号进行截取,使平均次数增加,从而提高自由振动响应信号的质量，频率识别过程为：首先，为了对测点的加速度响应信号进行傅立叶变换，得到傅立叶谱，通过估计傅立叶谱中前几阶频率的大致范围，用带通滤波对响应信号进行处理，然后利用经验模态分解(emd)可以得到模型结构的前几阶模态响应，对各阶模态响应利用mrdt处理，可以得到相应模态的自由衰减响应，最后，对自由衰减响应信号进行hilbert变换求得主结构的瞬时频率，只需对主结构的基频进行识别，测点布置在钢梁的最大位移处，由加速度传感器采集响应信号。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。