新型磁流变弹性体智能材料器件及在升船机地震鞭梢效应控制中的应用

磁流变弹性体（MRE）是一种剪切储能模量随外加磁场的改变而变化的新型智能材料，它兼有磁流变材料和弹性体的优点，又克服了磁流变液沉降、稳定性差等缺点，具有广阔的应用前景。本项目研究MRE智能材料的制备技术，研制以MRE作调节阀的新型智能减震器件，并将它与结构性态信号采集、最小误差综合（MCS）自适应控制算法结合起来，形成工程结构抗震的MRE自适应减震系统。在此基础上，我们以向家坝升船机为工程背景，在升船机顶部机房柱顶和网架屋盖结构支座之间设置屋盖MRE智能隔震器件，在顶部机房柱底安装MRE智能力矩减震器件，建立了基于MRE智能材料器件的升船机顶部机房地震鞭梢效应控制的自适应减震系统集成技术。

大坝升船机是水利枢纽工程通航建筑物的重要组成部分，是各类船舶过坝的快速通道。升船机的结构形式是由四个巨大的钢筋混凝土塔柱在顶部支撑一个大跨机房组成，机房的屋盖为上万吨重的大型排架结构。升船机塔柱的抗侧刚度很大，通常是顶部机房排架柱的数百倍，这种巨大的刚度突变会引起顶部机房强烈的地震鞭梢效应。此问题如果解决不好，万吨重的屋盖会对下面的机组设备和工作人员造成严重威胁。据此，本项目在顶部机房柱顶和网架屋盖之间设置屋盖MRE智能隔震系统，在顶部机房柱底安装可调MRE阻尼器形成智能力矩减震系统，保证屋盖结构的安全。.目前，关于磁流变弹性体及器件的研究还很匮乏。为了能将磁流变弹性体智能材料器件真正用于升船机结构中，我们做了以下三部分的研究：（1）高磁流变效应、脆性小、耐久性好的MRE材料制备技术；（2）基于磁流变弹性体智能器件的设计及对应的自适应控制理论；（3）设置MRE隔震系统的升船机地震鞭梢效应减振控制仿真分析和模拟振动台试验。.在磁流变弹性体制备技术方面，我们研制出了适用于土木工程减振的高流变性和耐久性的磁流变弹性体制备技术。在器件研发方面，我们自主研发了基于磁流变弹性体的多项减震器件，提出了和减震器件对应的控制策略，并进行了试验研究。在升船机地震鞭梢效应减振控制方面，我们建立了升船机三维有限元模型并对模型进行了简化，之后在升船机有限元模型的基础上，采用磁流变弹性体智能减振器结合和之前研发的自适应控制算法对升船机地震鞭梢效应进行了仿真分析，并进行了地震模拟振动台试验。我们建立了基于MRE智能材料器件的升船机自适应减振的系统集成技术，该项技术能够保证升船机地震鞭梢效应得到有效的抑制，保证其正常使用和安全的要求。.通过此项目的研究，我们发表了18篇学术论文，其中SCI收录4篇；申请了6项国家发明专利；项目的部分研究成果参加获得了2012年湖北省科技进步一等奖和2014年国家发明二等奖。项目的MRE智能减振技术也可以应用于其他工程结构中，具有良好的应用前景。