[發(fā)明專利]基于磁流變支座?阻尼器的小尺度三跨橋梁緩沖隔振平臺(tái)及設(shè)計(jì)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710178662.1
• 申請(qǐng)日: 2017-03-23
• 公開（公告）號(hào): CN106969895A
• 公開（公告）日: 2017-07-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李銳;張路陽(yáng);牟文俊;吳孟娟;唐賢倫
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 重慶郵電大學(xué)
• 主分類號(hào): G01M7/02
• 分類號(hào): G01M7/02;F16F15/03
• 代理公司: 北京同恒源知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11275
• 代理人: 廖曦

1.基于磁流變支座-阻尼器的小尺度三跨橋梁緩沖隔振平臺(tái)設(shè)計(jì)方法，其特征在于：該方法具體為：由基于無量綱分析的相似理論，從反映動(dòng)力學(xué)特性的物理量量綱角度出發(fā)，推導(dǎo)出剛度、阻尼可調(diào)的磁流變支座和磁流變阻尼器原型和模型間的相似關(guān)系，以該相似關(guān)系為指導(dǎo)設(shè)計(jì)符合試驗(yàn)需求的小尺度磁流變支座和磁流變阻尼器；進(jìn)一步推導(dǎo)出三跨橋梁隔振原型系統(tǒng)和小尺度臺(tái)架模型系統(tǒng)間的相似關(guān)系，以該相似關(guān)系為基礎(chǔ)并采用小尺度磁流變支座和阻尼器，完成臺(tái)架模型的設(shè)計(jì)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于磁流變支座-阻尼器的小尺度三跨橋梁緩沖隔振平臺(tái)設(shè)計(jì)方法，其特征在于：

選取表征原三跨橋系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性的物理量為：質(zhì)量m、剛度k、阻尼c、力A_F、頻率ω、時(shí)間t、位移x、速度加速度以質(zhì)量M、長(zhǎng)度L、時(shí)間T作為基本量綱，則所選取的物理量的量綱為：[m]＝M，[k]＝MT^-2，[c]＝MT^-1，[A_F]＝MLT^-2,[ω]＝T^-1，[t]＝T，[x]＝L，設(shè)y₁為m的量綱次數(shù)，y₂為k的量綱次數(shù)，y₃為c的量綱次數(shù)，y₄為A_F的量綱次數(shù)，y₅為ω的量綱次數(shù)，y₆為t的量綱次數(shù)，y₇為x的量綱次數(shù)，y₈為的量綱次數(shù)，y₉為的量綱次數(shù)；構(gòu)造無量綱數(shù)π如式(1)所示；

$\mathrm{\π}=m^{y_1}{k}^{y_2}{c}^{y_3}{A}_F^{y_4}{\mathrm{\ω}}^{y_5}{t}^{y_6}{x}^{y_7}{\stackrel{\·}{x}}^{y_8}{\stackrel{\·\·}{x}}^{y_9}---\left(1\right)$

根據(jù)量綱齊次原則，寫出上式的量綱有：

$\[1\]={\[M\]}^{y_1}{\[{\mathrm{MT}}^{-2}\]}^{y_2}{\[{\mathrm{MT}}^{-1}\]}^{y_3}{\[{\mathrm{MLT}}^{-2}\]}^{y_4}{\[T^{-1}\]}^{y_5}{\[T^{-1}\]}^{y_6}{\[T\]}^{y_7}{\[{\mathrm{LT}}^{-1}\]}^{y_8}{\[{\mathrm{LT}}^{-2}\]}^{y_9}---\left(2\right)$

整理后可得：

$\[1\]={\[M\]}^{y_1+y_2+y_3+y_4}{\[T\]}^{-2y_2-y_3-2y_4-y_5+y_6+y_7-y_8-2y_9}{\[L\]}^{y_4+y_7+y_8+y_9}---\left(3\right)$

同樣由量綱其次原則可得：

$\left\{\begin{array}{c}{y}_1+y_2+y_3+y_4=0\\ -2y_2-y_3-2y_4-y_5+y_6+y_7-y_8-2y_9=0\\ y_4+y_7+y_8+y_9=0\end{array}\right.---\left(4\right)$

將式(4)中y₂，y₃，y₄用y₁，y₅，y₆，y₇，y₈，y₉表示可得：

$\left\{\begin{array}{c}{y}_2=y_1-y_5+y_6+2y_7-y_9\\ y_3=-2y_1+y_5-y_6-y_7+y_8+2y_9\\ y_4=-y_7-y_8-y_9\end{array}\right.---\left(5\right)$

將式(5)帶入式(1)可得

$\begin{array}{c}\mathrm{\π}=m^{y_1}{k}^{y_1-y_5+y_6+2y_7-y_9}{c}^{-2y_1+y_5-y_6-y_7+y_8+2y_9}{A}_F^{-y_7-y_8-y_9}{\mathrm{\ω}}^{y_5}{t}^{y_6}{x}^{y_7}{\stackrel{\·}{x}}^{y_8}{\stackrel{\·\·}{x}}^{y_9}\\ ={\[\frac{mk}{c^2}\]}^{y_1}{\[\frac{c\mathrm{\ω}}{k}\]}^{y_5}{\[\frac{kt}{c}\]}^{y_6}{\[\frac{k^{2}x}{{\mathrm{cA}}_F}\]}^{y_7}{\[\frac{c\stackrel{\·}{x}}{A_F}\]}^{y_8}{\[\frac{c^2\stackrel{\·\·}{x}}{{\mathrm{kA}}_F}\]}^{y_9}\end{array}---\left(6\right)$

設(shè)π₁，π₂，π₃，π₄，π₅，π₆為六個(gè)無量綱數(shù)，在式(6)中，令y₁＝1，y₅＝y(tǒng)₆＝y(tǒng)₇＝y(tǒng)₈＝y(tǒng)₉＝0，則可得到同理令y₅＝1，y₁＝y(tǒng)₆＝y(tǒng)₇＝y(tǒng)₈＝y(tǒng)₉＝0，則可得到令y₆＝1，y₁＝y(tǒng)₅＝y(tǒng)₇＝y(tǒng)₈＝y(tǒng)₉＝0，則可得到令y₇＝1，y₁＝y(tǒng)₅＝y(tǒng)₆＝y(tǒng)₈＝y(tǒng)₉＝0，則可得到令y₈＝1，y₁＝y(tǒng)₅＝y(tǒng)₆＝y(tǒng)₇＝y(tǒng)₉＝0，則可得到令y₉＝1，y₁＝y(tǒng)₅＝y(tǒng)₆＝y(tǒng)₇＝y(tǒng)₈＝0，則可得到

設(shè)模型化后的臺(tái)架系統(tǒng)參數(shù)為：質(zhì)量m_t、剛度k_t、阻尼c_t、力頻率ω_t、時(shí)間t_t、位移x_t、速度加速度令實(shí)際工程系統(tǒng)和臺(tái)架試驗(yàn)系統(tǒng)的參數(shù)比值,即質(zhì)量相似比P_m，剛度相似比P_k，阻尼相似比P_c，力相似比頻率相似比P_ω，時(shí)間相似比P_t，位移相似比P_x，速度相似比加速度相似比分別為：

$\left\{\begin{array}{c}{P}_m=\frac{m}{m_t},P_k=\frac{k}{k_t},P_c=\frac{c}{c_t}\\ P_{A_F}=\frac{A_F}{A_{F_t}},P_{\mathrm{\ω}}=\frac{\mathrm{\ω}}{{\mathrm{\ω}}_t},P_t=\frac{t}{t_t}\\ P_x=\frac{x}{x_t},P_{\stackrel{\·}{x}}=\frac{\stackrel{\·}{x}}{{\stackrel{\·}{x}}_t},P_{\stackrel{\·\·}{x}}=\frac{\stackrel{\·\·}{x}}{{\stackrel{\·\·}{x}}_t}\end{array}\right.---\left(7\right)$

由π₁，π₂，π₃，π₄，π₅，π₆可得模型參數(shù)的相似比有如下關(guān)系：

$\frac{P_m{P}_k}{{P_c}^2}=1,\frac{P_c{P}_{\mathrm{\ω}}}{P_k}=1,\frac{P_k{P}_t}{P_c}=1,\frac{{P_k}^2{P}_x}{P_c{P}_{A_F}}=1,\frac{P_c{P}_{\stackrel{\·}{x}}}{P_{A_F}}=1,\frac{P_{c^2}{P}_{\stackrel{\·\·}{x}}}{P_k{P}_{A_F}}=1$

由振動(dòng)學(xué)知識(shí)可知，因此，令：

$\left\{\begin{array}{c}{P}_{\mathrm{\ω}}=\mathrm{\ξ}\\ P_m=\mathrm{\λ}\\ P_x=\mathrm{\δ}\end{array}\right.---\left(8\right)$

將式(8)帶入到模型參數(shù)的相似比關(guān)系中，可得系統(tǒng)的相似關(guān)系如式(9)所示

$\left\{\begin{array}{ccc}{P}_t={\mathrm{\ξ}}^{-1}& P_c=\mathrm{\ξ}\mathrm{\λ}& P_k={\mathrm{\ξ}}^2\mathrm{\λ}\\ P_{A_F}={\mathrm{\ξ}}^3\mathrm{\λ}& P_{\stackrel{\·}{x}}={\mathrm{\ξ}}^2\mathrm{\δ}& P_{\stackrel{\·\·}{x}}={\mathrm{\ξ}}^3\mathrm{\δ}\end{array}\right.---\left(9\right).$