结构MRE磁致变刚度-隔震一体化智能支座及其隔震性能

常规隔震系统频带窄、限位难，磁流变弹性体（MRE）的压剪特性与橡胶类似，可用于隔震，且其剪切刚度可由磁场调节，是制作主动变刚度隔震一体化智能支座的理想材料。MRE智能支座既可根据输入自适应调节刚度具有宽频带隔震特性，也可根据支座位移自适应调节刚度具有自限位功能。考虑与小型吸振装置的纯剪切模式不同，智能支座的MRE承受压剪作用，基于此本项目理论研究建立压剪作用下MRE的斜链耦合场模型，推导压剪受力下MRE的磁致剪切模量公式,揭示MRE压剪受力下磁致机理；进行不同压力和频率下MRE磁致剪切性能的试验,验证理论模型，揭示压力与频率对其性能的影响规律；建立基于MRE本构关系的智能支座滞回模型，确定其等效刚度与阻尼比计算方法；设计MRE智能支座，试验研究不同压力和激励频率下智能支座的性能，验证滞回模型；研究多目标集成半主动控制算法，进行智能支座隔震结构的振动台试验，验证其宽频带隔震效果和自限位功能。

磁流变弹性体（MRE）是一种剪切弹性模量可由磁场实时、可逆、迅速控制的新型智能材料，可用于制作刚度可控的变刚度隔震一体化智能支座。本项目首先建立了压剪荷载下有序结构MRE磁致变刚度机理模型，分析了竖向压应力对MRE磁致剪切模量的影响；继而以羰基铁粉和硅橡胶制作结构有序、颗粒体积含量为30%的MRE，测试结果表明，MRE的磁致剪切模量随磁场强度、压应力的增大而增大，且试验结果与理论吻合较好；第三，对MRE进行松弛性试验，结果表明MRE具有粘弹性材料的松弛及蠕变特性；基于其松弛性能曲线，建立五参数广义Maxwell模型、三参数分数阶Kelvin-Voigt模型和含摩擦耗能元件的五参数分数阶模型，结果表明五参数分数阶模型的计算效率最高，以此为基础建立智能隔震支座的力学模型；第四，以无磁场条件下发挥普通隔震支座功能为前提，根据现有的橡胶隔震支座规范制定了智能隔震支座的力学设计方法；以设计控制力为目标，确定最大磁场，并利用电磁学理论计算和有限元计算结合的方式制定了磁路设计方法；第五，在不同磁场作用下对智能隔震支座施加不同频率、不同位移幅值的正弦荷载、不同位移幅值的扫频荷载及随机荷载，测试智能隔振支座的力-位移曲线，试验结果与力学模型计算结果吻合，证明所提出的力学模型准确；最后，提出了磁流变弹性体智能隔震体系的三种控制方法，结合试验室的实际条件和试验目的，确定MRE智能隔震系统试验装置。