結(jié)構(gòu)ERE智能隔震支座的力學(xué)模型及隔震性能研究結(jié)題摘要

常規(guī)隔震技術(shù)存在適用頻率窄、限位難等問題，基于對(duì)電流變彈性體智能特性的理解，開發(fā)電流變彈性體智能隔震支座，并研究其力學(xué)模型及隔震性能。主要研究成果包括：（1）高性能電流變彈性體的制備及其性能研究?；跇O性分子型電流變理論，采用尿素極性分子對(duì)TiO2顆粒進(jìn)行表面包覆，制備出TiO2/尿素核殼顆粒，試驗(yàn)結(jié)果表明，填充TiO2/尿素顆粒的彈性體在0~3 kV/mm具有更高的儲(chǔ)能模量，且在較低的外加電場(chǎng)下(0~2 kV/mm)可以表現(xiàn)出更高的相對(duì)電流變效應(yīng)；采用3-(異丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(A174)和乙烯基三乙氧基硅烷(VTEO)兩種硅烷偶聯(lián)劑對(duì)無定型態(tài)TiO2顆粒和硅橡膠的界面進(jìn)行改性。由于兩相界面結(jié)合強(qiáng)度和改性顆粒極化強(qiáng)度的提高，TiO2/V1顆粒填充的彈性體具有較小的零場(chǎng)儲(chǔ)能模量和較高的外加場(chǎng)下儲(chǔ)能模量，其相對(duì)電流變效應(yīng)達(dá)到了最高的315%。（2）結(jié)構(gòu)ERE 智能隔震支座力學(xué)模型及設(shè)計(jì)方法。基于對(duì)電流變彈性體動(dòng)態(tài)粘彈性性能的測(cè)試結(jié)果，建立電流變彈性體材料的修正Bouc-Wen本構(gòu)模型，且利用Matlab軟件仿真模擬進(jìn)行模型參數(shù)識(shí)別，并分析本構(gòu)模型各個(gè)參數(shù)與電場(chǎng)強(qiáng)度的相關(guān)性。研究結(jié)果表明，修正Bouc-Wen本構(gòu)模型可以精確地描述電流變彈性體在各個(gè)工況下的力學(xué)性能；在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了ERE變剛度裝置，然后以ERE本構(gòu)模型為基礎(chǔ)，以力學(xué)、電場(chǎng)分析為手段，建立了ERE變剛度支座力學(xué)模型；繼而，通過試驗(yàn)評(píng)價(jià)ERE變剛度智能隔震支座的性能，并驗(yàn)證了ERE變剛度支座力學(xué)模型的準(zhǔn)確性。（3）ERE 智能隔震支座結(jié)構(gòu)的控制算法及抗震性能試驗(yàn)。在ERE變剛度支座力學(xué)模型的基礎(chǔ)上提出了智能隔震系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法及控制算法；制定了具體的ERE智能隔震系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案并建立結(jié)構(gòu)仿真模型，通過Simulink仿真評(píng)估系統(tǒng)的智能隔震效果，同時(shí)利用ERE智能隔震系統(tǒng)結(jié)構(gòu)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，驗(yàn)證了系統(tǒng)的智能隔震效果。結(jié)果表明，按照ERE智能隔震系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)出的智能隔震系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期設(shè)計(jì)減震比。本研究為結(jié)構(gòu)變剛度智能隔震技術(shù)的實(shí)際工程應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)，也為電流變彈性體的應(yīng)用開辟了新的方向。 2100433B

常規(guī)隔震技術(shù)存在適用頻率窄、限位難等問題，混合控制、設(shè)置限位裝置、磁流變彈性體智能隔震等技術(shù)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)體系復(fù)雜，無法推廣應(yīng)用。電流變彈性體（ERE）的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能可由電場(chǎng)控制，可取代橡膠制作新型智能隔震支座，其剛度可自適應(yīng)調(diào)節(jié)，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，有望解決現(xiàn)有隔震技術(shù)的不足。本項(xiàng)目根據(jù)結(jié)構(gòu)寬頻帶隔震的現(xiàn)實(shí)需求，首先依據(jù)巨電流變機(jī)理，制備高性能的電流變彈性體并研究其性能；繼而基于ERE的分?jǐn)?shù)階本構(gòu)模型，建立ERE智能隔震支座的力學(xué)模型，提出其設(shè)計(jì)方法；然后，根據(jù)ERE智能隔震體系的分?jǐn)?shù)階導(dǎo)數(shù)模型，建立ERE智能隔震結(jié)構(gòu)的分?jǐn)?shù)階PID控制算法；最后，對(duì)基于ERE智能隔震支座的單自由度體系和多自由度體系進(jìn)行模擬振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，評(píng)價(jià)其抗震性能。本項(xiàng)研究涉及與ERE智能隔震支座相關(guān)的材料制備、隔震支座力學(xué)模型及設(shè)計(jì)方法、控制算法、隔震評(píng)價(jià)等問題，具有重要的科學(xué)意義；研究成果將為ERE智能隔震支座的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

本項(xiàng)目將新型功能性結(jié)構(gòu)材料——金屬橡膠引入基礎(chǔ)隔震裝置中，對(duì)金屬橡膠材料在隔震減震技術(shù)方面的應(yīng)用進(jìn)行基礎(chǔ)性研究，研究開發(fā)一種具有混合隔震技術(shù)性能的新型隔震裝置以及對(duì)其隔震特性進(jìn)行動(dòng)力學(xué)特性建模。通過對(duì)金屬橡膠材料工藝成型特性影響因素研究，設(shè)計(jì)與選擇適合用于隔震裝置的金屬橡膠材料；通過進(jìn)行金屬橡膠材料隔震裝置隔震性能試驗(yàn)，驗(yàn)證新型隔震裝置的隔震效果以及檢驗(yàn)評(píng)價(jià)新型隔震支座的各項(xiàng)性能；通過對(duì)金屬橡膠材料隔震裝置非線性遲滯特性進(jìn)行混合型數(shù)學(xué)建模及采用人工智能方法進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)，建立可反映金屬橡膠隔震裝置隔震性能的恢復(fù)力數(shù)學(xué)模型，通過在大型有限元軟件中對(duì)新型隔震支座本構(gòu)模型的二次開發(fā)，為新型隔震支座在實(shí)際工程隔震結(jié)構(gòu)分析的應(yīng)用提供研究基礎(chǔ)。本項(xiàng)目研究對(duì)于開發(fā)新型有效的隔震減震裝置，以及對(duì)改善傳統(tǒng)隔震支座的性能有重要的實(shí)際意義。

本項(xiàng)目將新型功能性結(jié)構(gòu)材料- - 金屬橡膠引入基礎(chǔ)隔震裝置中，對(duì)金屬橡膠材料在隔震減震技術(shù)方面的應(yīng)用進(jìn)行基礎(chǔ)性研究，研究開發(fā)一種具有混合隔震技術(shù)性能的新型隔震裝置以及對(duì)其隔震特性進(jìn)行建模。通過對(duì)金屬橡膠材料工藝成型特性影響因素研究，設(shè)計(jì)與選擇適合用于隔震裝置的金屬橡膠材料；通過進(jìn)行金屬橡膠材料隔震裝置隔震性能試驗(yàn)，驗(yàn)證新型隔震裝置的隔震效果以及檢驗(yàn)評(píng)價(jià)新型隔震支座的各項(xiàng)性能；通過對(duì)金屬橡膠材料隔震裝置非線性遲滯特性進(jìn)行混合型數(shù)學(xué)建模及采用人工智能方法進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)，建立可反映金屬橡膠隔震裝置隔震性能的恢復(fù)力數(shù)學(xué)模型，通過在大型有限元軟件中對(duì)新型隔震支座本構(gòu)模型的二次開發(fā)，為新型隔震支座在實(shí)際工程隔震結(jié)構(gòu)分析的應(yīng)用提供研究基礎(chǔ)。本項(xiàng)目研究對(duì)于開發(fā)新型有效的隔震減震裝置，以及對(duì)改善傳統(tǒng)隔震支座的性能有重要的實(shí)際意義。