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永磁式电涡流调谐质量阻尼器的研制与性能试验_汪志昊

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某面粉厂房楼板的振动控制_汪志昊

某面粉厂房楼板的振动控制_汪志昊

三 层 结 构 平 面 中 主 梁 截 面 为 ４００ｍｍ×９００ｍｍ， 次梁 截 面 为 ２００ｍｍ ×５００ｍｍ，主 次 梁 的 线 刚 度 比 为６．９。主次梁 的 线 刚 度 比 较 大，结 构 变 形 与 振 动 主要由次梁和楼 板 产 生。 因 此，可 假 定 主 梁 为 不 动 铰支
＊国家自然科学基金资助项 目 （５１３０８２１４），华 北 水 利 水 电 大 学 青 年 科 技 创 新 人 才 项 目 （２０１４２７）。 作 者 简 介 ：汪 志 昊 ，博 士 ，副 教 授 ，Ｅｍａｉｌ：ｗａｎｇｚｈｉｈａｏ９１６＠１２６．ｃｏｍ。
第４５卷 第１９期
汪 志 昊 ，等 ．某 面 粉 厂 房 楼 板 的 振 动 控 制
第４５卷 第１９期 ２０１５ 年 １０ 月 上
建 筑 结 构 Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
Ｖｏｌ．４５ Ｎｏ．１９ Ｏｃபைடு நூலகம்．２０１５
某面粉厂房楼板的振动控制＊
汪志昊， 刘 飞， 吴泽玉， 张 闯
（华北水利水电大学土木与交通学院，郑州 ４５００４５）
［摘要］ 某面粉厂制粉车间三、四层楼板分别安装有打麸机、清粉机等设备，生 产 运 行 过 程 中 竖 向 振 感 强 烈 。 振 动 测试结果表明：三、四层楼板均为机器设备引发的强迫振动。根据楼板竖 向 固 有 频 率 与 设 备 扰 动 频 率 的 比 值β，提 出 了两种不同的减振方案：当β＞１时（四层楼板），采用加固楼板、次梁的办法来增强楼板体系的刚度，即通过增加 刚度的方法使楼板的固有频率进一步增大，从而减小楼板振动；当β≤１ 时（三 层 楼 板），采 用 在 楼 板 上 安 装 调 谐 质 量阻尼器（ＴＭＤ）使得振动能量转移到 ＴＭＤ，即通过改变 楼 板 体 系 的 阻 尼 比 来 减 小 楼 板 振 动 。最 后 提 出 了 一 种 便 于嵌入楼板内部的竖向电涡流阻尼 ＴＭＤ 装置的设计方法，并研制出竖向 ＴＭＤ 样机，性 能 测 试 结 果 表 明：该 ＴＭＤ 参 数 灵 活 可 调 、耐 久 性 高 ，在 楼 板 减 振 领 域 应 用 前 景 广 阔 。
电涡流阻尼器冲击制动性能仿真与试验研究

电涡流阻尼器冲击制动性能仿真与试验研究

电涡流阻尼器冲击制动性能仿真与试验研究摘要：为了研究电涡流阻尼器冲击制动性能，在圆环形永磁体磁通密度和电涡流阻尼力公式的基础上，提出了4种圆筒型电涡流阻尼器磁路方案，分析了各方案静态磁场的气隙磁密分布规律，建立了冲击载荷下电涡流阻尼器瞬态电磁场仿真模型，对4种方案进行了涡流密度分布和制动性能的仿真。

仿真结果表明：永磁体同极相对排列、具有导磁外筒的磁路设计方案涡流密度最大，阻尼效率最高，在高速冲击条件下导体内存在明显的涡流集肤效应。

搭建了电涡流阻尼器冲击响应试验系统，测量了冲击载荷下阻尼器制动位移和速度变化规律，验证了仿真结果的正确性。

研究表明圆筒型电涡流阻尼器具有优越的冲击制动性能，在列车制动、武器发射等工程领域具有广阔的应用前景。

关键词：电涡流阻尼器；冲击制动；磁路设计；气隙磁密；涡流密度；阻尼效率在高速列车、航天装备和武器发射等工程领域常面临高速大惯量机械装备高效可靠制动需求，传统制动装置采用液压阻尼工作原理，存在阻尼系统低、摩擦磨损大、工作介质易泄露、环境适应性差及维护保养困难等缺点。

电涡流阻尼器利用导体在恒定磁场中运动或在交变磁场中产生的电涡流效应进行工作,根据应用场合的不同形成了各种形式的电涡流阻尼装置。

电涡流阻尼装置具有非接触、无需流体介质的特点，能够有效克服液压装置的弊端，在旋转机械、建筑及桥梁等领域的振动控制方面得到了广泛应用。

Sodano[1]详细地介绍了多种阻尼器，对磁制动、旋转机械涡流阻尼以及动态系统涡流的近年研究进行回顾，提出了涡流阻尼机制未来应用在太空和汽车减震与制动系统的可能性。

Bae等[2]对永磁体置于导电管内时的涡流阻尼特性进行了分析和试验研究，验证了提出的模型可以准确预测稳态阻尼力及低激励频率下的阻尼力。

Ebrahimi[3]设计开发了直线永磁执行器，可应用于汽车悬架系统。

宋伟宁等[4]以上海中心大厦为对象，对电涡流阻尼器在建筑上应用的可行性、安全性和效益性进行了分析。

永磁式电涡流调谐质量阻尼器的研制与性能试验

永磁式电涡流调谐质量阻尼器的研制与性能试验

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永磁式电涡流调谐质量阻尼器的研制与性能试验
作者：汪志昊陈政清
来源：《振动工程学报》2013年第03期
摘要：为了克服传统的调谐质量阻尼器（TMD）阻尼单元存在的易漏油等耐久性问题，研制了一种基于电涡流阻尼耗能的竖向TMD装置。

其特点在于：电涡流阻尼无需与结构接触，没有任何摩擦；产生磁场的元件为永磁体，无需外界供电；所有构件都由金属材料制成，不存在老化等现象。

此外，通过调整永磁体与导体板的距离，很容易实现TMD阻尼参数的后期调节，且不会影响TMD刚度参数。

理论与试验结果研究表明，研制的新型TMD具有优良的阻尼特性，而且当磁场间隙较小时电涡流阻尼理论预测值与试验结果吻合较好。

关键词：调谐质量阻尼器；电涡流阻尼；永磁体；导体板；模态阻尼比
中图分类号：TU352 1 文献标识码：A 文章编号：1004-4523（2013）03-0374-06。

多层板式电涡流阻尼器构型与磁路优化分析

多层板式电涡流阻尼器构型与磁路优化分析

多层板式电涡流阻尼器构型与磁路优化分析汪志昊; 李国豪; 田文文; 郜辉; 张新中【期刊名称】《《振动与冲击》》【年(卷),期】2019(038)019【总页数】6页(P103-108)【关键词】板式电涡流阻尼器; 构型; 磁路; 三维电磁场有限元仿真; 耗能效率【作者】汪志昊; 李国豪; 田文文; 郜辉; 张新中【作者单位】华北水利水电大学土木与交通学院郑州450045; 大连理工大学建设工程学部大连116024【正文语种】中文【中图分类】TU352.1板式电涡流阻尼器(PECD)作为调谐质量阻尼器(TMD)的耗能元件已在结构振动控制领域得到推广应用[1-6]。

Sodano等[7]较早提出了一种由双永磁体、单涡流板组成的单层PECD构型，但其主磁感应强度与导体切割磁感线方向相同，耗能效率相对较低。

Wang等[8-10]面向电涡流TMD开发提出了由永磁体与单块导体铜板构成的外置式单层PECD。

汪志昊等[11]为解决电涡流TMD的漏磁严重与横向尺寸过大等问题，发展了一种内置式单层PECD。

外置式与内置式单层PECD的主磁感应强度均与导体切割磁感线方向垂直，材料用量一定时，阻尼器耗能效率均优于文献[7]提出的单层PECD构型。

为提高PECD耗能效率及材料利用率，肖登红等[12]提出了一种由单永磁体、双涡流板组成的双层PECD。

Zuo等[13]研发了一种基于多极磁路的单排式多层PECD 样机，有限元仿真与试验结果均表明PECD耗能效率得到有效提升。

二者构型典型区别在于：前者将永磁体置于2块涡流板中间，双涡流板叠加产生电涡流阻尼力，主磁感应强度与导体切割磁感线方向相同；而后者永磁体置于每块导体板两侧，主磁感应强度与导体切割磁感线方向垂直。

PECD的构型与磁路优化是提升电涡流阻尼器耗能效率的重要手段[14-16]。

汪志昊等[10-11]采用二维电磁场有限元分析软件FEMM，以主磁感应强度为性能指标，分别对外置式与内置式单层PECD开展了磁路优化分析。

单摆式电涡流TMD装置优化设计与模型试验研究

单摆式电涡流TMD装置优化设计与模型试验研究

单摆式电涡流TMD装置优化设计与模型试验研究汪志昊;郜辉;张新中;田文文【摘要】为实现单摆式电涡流TMD构造与磁路优化设计,探讨了TMD装置整体构造,综合理论分析、模型试验与三维电磁场有限元仿真,研究了TMD质量块与板式电涡流阻尼器(PECD)二者之间的磁场吸引力作用对TMD振动频率的影响程度,以及磁路布置对PECD等效阻尼系数的影响规律.结果表明:PECD宜安装在TMD 运动质量块的底面;磁场吸引力作用将增大TMD振动频率,TMD初步设计宜适当调整初始摆长以避免TMD失谐;通过尽可能减小磁场间隙、适当加厚导磁钢板、优化铜板厚度等方法均可提升PECD耗能效果;沿TMD运动方向,相邻永磁体磁极宜交错布置,通过有限元仿真确定最优间距;沿垂直于TMD运动方向,相邻永磁体磁极宜同向布置,且间距越小越好.%To realize optimal design for structure and magnetic circuit of a pendulum tuned mass damper (PTMD) with eddy current damping,the overall structure of PTMD with a planar eddy-current damper (PECD) was studied qualitatively.The effects of magnetic field attractive force between PTMD and PECD on vibration frequency of PTMD,and those of magnetic circuit layout on equivalent damping coefficient of PECD were investigated using theoretical analysis,model tests and 3D electromagnetic field finite element simulation.The results showed that PECD should be installed at the bottom of the moving mass of PTMD,the magnetic field attractive force makes the vibration frequency of PTMD increase;the pendulum initial length of PTMD should be appropriately adjusted to avoid TMD detuning;the energydissipating effect of PECD is improved by reducing magnetic field gap,increasing steel platethickness properly and optimizing copper plate thickness;along the moving direction of PTMD,adjacent permanent magnets' magnetic poles need to be arranged in a staggered manner,their optimal interval is determined with FEM;while along the direction perpendicular to the moving direction of PTMD,adjacent permanent magnets' magnetic poles need to be arranged in the same polarity manner,they are close enough.【期刊名称】《振动与冲击》【年(卷),期】2018(037)009【总页数】7页(P1-7)【关键词】摆式调谐质量阻尼器(PTMD);板式电涡流阻尼器(PECD);等效阻尼系数;磁路优化;振动频率;阻尼比【作者】汪志昊;郜辉;张新中;田文文【作者单位】华北水利水电大学土木与交通学院,郑州450045;华北水利水电大学土木与交通学院,郑州450045;华北水利水电大学土木与交通学院,郑州450045;华北水利水电大学土木与交通学院,郑州450045【正文语种】中文【中图分类】TU352.1TMD(Tuned Mass Damper)作为一种被动式吸能减振装置，在工程结构减振领域得到了广泛应用[1-4]。

永磁式磁悬浮水平调谐质量阻尼器[实用新型专利]

永磁式磁悬浮水平调谐质量阻尼器[实用新型专利]

专利名称：永磁式磁悬浮水平调谐质量阻尼器
专利类型：实用新型专利
发明人：汪志昊,陈政清,吴泽玉,王玉柱,贾美晨,张闯,刘飞申请号：CN201420490143.0
申请日：20140828
公开号：CN204098268U
公开日：
20150114
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型属于土木工程结构的水平振动控制装置领域，具体涉及一种永磁式磁悬浮水平调谐质量阻尼器，包括架体和设置在架体中部的质量块，架体包括设置在两侧的竖板，竖板之间连接有上横梁和下横梁，竖板的下端设置有支座底板，下横梁中部的上方固定有直线导轨，和沿直线导轨滑动的滑块，质量块通过螺杆螺母与滑块固定连接，质量块和竖板之间连接有阻尼器和装配有套在下横梁上的压簧，在质量块的顶部固定安装有矩形永磁体，上横梁上设置有与之对应的矩形永磁体。

本实用新型采用磁悬浮原理，减小了滑块与直线导轨的摩擦力，使得水平TMD即使在较小的振动环境下也能够正常工作，提高了TMD的灵敏度、可靠性，摩擦力小延长了滑块与直线导轨的使用寿命。

申请人：华北水利水电大学
地址：450011 河南省郑州市北环路36号
国籍：CN
代理机构：郑州大通专利商标代理有限公司
代理人：陈勇
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一种新型电涡流阻尼器及阻尼性能研究

一种新型电涡流阻尼器及阻尼性能研究

一种新型电涡流阻尼器及阻尼性能研究肖登红;潘强;何田【摘要】Based on the eddy current principle, a novel eddy current damper applicable to attenuating vibration of spacecraft is proposed. Firstly, by virtue of the numerical simulation, the magnetic and mechanical finite element model is es-tablished to analyze the damping characteristics of the eddy current damper. Then the damping characteristic is tested on avi-bration test bench, where the sinusoidal excitation with amplitudes of 0.1mm and 1mm are applied respectively in the fre-quency range of 1-50Hz. Finally, the mechanical model of the damper is established based on the Bouc-Wen hysteretic theo-ry, which is used to study the relationship among the loading, the damper structure, and the alternative Lorentz force. The re-sults show that this new eddy current damper can provide a damping force under the excitation loading. The damping force acquired from the test is close to that of the simulation results. Therefore, the presented model can be efficiently used to re-flecting the mechanical properties of the eddy current damper.%基于电涡流原理提出一种新型的可用于航天器振动被动抑制的电涡流阻尼器。

永磁式电涡流调谐质量阻尼器的研制与性能试验_汪志昊

永磁式电涡流调谐质量阻尼器的研制与性能试验_汪志昊


永磁 式 电 涡 流 阻 尼 构 件 主 要 有 两 部 分 组 成，即 导体 板、永 磁 体。 理 论 上 讲，同 等 条 件 下，导 体 板 的 导 电 性 越 好 ，产 生 的 电 涡 流 阻 尼 就 会 越 大 。 因 此 ，本 文选取具有较高导 电 系 数、价 格 相 对 适 中 的 紫 铜 作 为导体板材料，且铜板厚度δ 取５ ｍｍ。
摘要：为了克服传统的调谐质量阻尼器 （ＴＭＤ）阻尼单元 存 在 的 易 漏 油 等 耐 久 性 问 题 ，研 制 了 一 种 基 于 电 涡 流 阻 尼耗能的竖向 ＴＭＤ 装置。其特点在于：电涡流阻尼无需与结构接触，没有任何摩擦；产生磁场的元件为永磁 体，无 需外界供电；所有构件都由金属材料制成，不存在 老 化 等 现 象。 此 外，通 过 调 整 永 磁 体 与 导 体 板 的 距 离，很 容 易 实 现 ＴＭＤ 阻尼参数的后期调节，且不会影响 ＴＭＤ 刚度参 数。理 论 与 试 验 结 果 研 究 表 明 ，研 制 的 新 型 ＴＭＤ 具 有 优 良 的 阻 尼 特 性 ，而 且 当 磁 场 间 隙 较 小 时 电 涡 流 阻 尼 理 论 预 测 值 与 试 验 结 果 吻 合 较 好 。
（１）
式中 σ表示导体的导电系数，δ 与Ｓ 分别表示导体
的厚度与表面积。参照图２的 磁 场 分 布 结 果，若 Ｂｚ 取为０．２ Ｔ，对 应 目 标 阻 尼 系 数 １．０２～１．０８ｋＮｓ／
ｍ，则永磁体磁化表面积为０．０８６～０．０９１ ｍ２；若 Ｂｚ 取 为０．３Ｔ，磁化面积为０．０３８～０．０４０ｍ２。出于保
由文献［１３］可 知，电 涡 流 阻 尼 的 大 小 与 导 体 板 内外的主磁感应强 度 的 平 方 成 正 比，而 磁 场 强 度 的 大小又与 永 磁 体 磁 性 的 强 弱 及 磁 路 的 设 计 密 切 有 关 。 钕 铁 硼 （ＮｄＦｅＢ）是 目 前 发 现 的 商 品 化 性 能 最 高 的磁铁，被人们称 为 磁 王，拥 有 极 高 的 磁 性 能，其 最 大 磁 能 积 比 常 用 的 铁 氧 永 磁 体 高 １０ 倍 以 上 。 而 且 ， ＮｄＦｅＢ 具有接近线性的退 磁 曲 线，良 好 的 机 械 加 工 性能，工作温度最高可 达 ２００°Ｃ［１４］。 试 验 采 用 性 价 比较高 的 Ｎ３５ 牌 号 ＮｄＦｅＢ 矩 形 永 磁 体，由 宁 波 某 稀土 公 司 生 产。 其 主 要 参 数 有：剩 磁 感 应 强 度 １．２Ｔ；矫 顽 力 与 内 禀 矫 顽 力 分 别 为 ８．７×１０５ Ａｍ－１，９．６×１０５ Ａｍ－１；最 大 磁 能 积 为 ２．８×１０５ Ｊｍ－３；长（ａ）、宽（ｂ）与 高（ｈ）分 别 为 １０，１０ 与 ５ｃｍ， 其中高度方 向 （Ｚ 向）为 永 磁 体 的 充 磁 方 向，坐 标 系 如图１所示。永磁 体 型 号 与 形 状 选 定 后，接 下 来 就 是要估算永磁体的块数。
基于微型永电磁式涡流阻尼TMD的人行桥模型减振试验研究

基于微型永电磁式涡流阻尼TMD的人行桥模型减振试验研究

基于微型永电磁式涡流阻尼TMD的人行桥模型减振试验研究汪志昊;华旭刚;陈政清;王旭;王朝阳【摘要】Traditional tuned mass damper (TMD)adopted for vibration control model test of civil engineering structures has several obvious disadvantages.It can’t well separate the damping and stiffness components,and the damping coefficients can’t be kept constant during the movement of TMD.In addition,it is difficult to adjust the damping coefficient during the control performance tuning in the test.By performance tests and analysis,it is proved that a developed tiny TMD with eddy-current damping can successfully solve the above problems.The great advantage of the proposed TMD is that its damping ratios can be easily adjusted by changing the thickness of conductor plates.Finally,the model test on lateral vibration control of a footbridge further demonstrates the feasibilities and effectiveness of the developed TMD based on the identification of modal damping ratios of structure subjected to both free vibration and forced vibration excitation,and on the measurement of structural dynamic response magnification as well as the phase between the main structure and TMD in the forced vibration excitation tests.%针对现有结构模型减振实验用调谐质量阻尼器（Tuned Mass Damper，TMD）难以实现TMD刚度与阻尼参数完全分离、阻尼参数试验过程中无法保持恒定且难以调整问题，研制微型永磁式电涡流阻尼TMD。

电涡流阻尼器构型比较与阻尼特性研究

电涡流阻尼器构型比较与阻尼特性研究

第23卷第2期2017年4月载人航天Manned SpaceflightVol.23 No.2Apr.2017电涡流阻尼器构型比较与阻尼特性研究王昊，游进，张志成(中国空间技术研究院，北京100094)摘要：针对航天领域使用的阻尼器需求，采用静磁场的分析方法，对比了四种电涡流阻尼器在 永磁体表面和电涡流板处的最大磁场强度；同时采用瞬态磁场的分析方法，对比了阻尼系数和 重量代价，发现采用双排永磁体排列的构型方案能够使得阻尼系数重量比最优。

在最优方案 的基础上，重点分析了阻尼器中永磁体高度、永磁体宽度、气隙宽度等关键参数与阻尼系数之 间的变化规律,优化之后的阻尼系数重量比提高了 23%。

关键词：电涡流阻尼器；构型比较；阻尼特性中图分类号：V423. 4 文献标识码：A文章编号=1674-5825(2017)02-0197-05 Damper Characteristic Analysis and Different ConfigurationsComparisons of Eddy Current DamperW A N G H a o,Y O U J i n,Z H A N G Zhicheng(China Academy of Space Technology, Beijing 100094, China)Abstract ：According t o the damper requirements o f the Manned Spacecraft,the magnetic f i e l d in­tensity o f magnetic flux distributing on the permanent magnets and on the copper o f four different damper configurations were compared with the s t a t i c magnetic analysis method.Then the damping coefficient and the weight o f four different damper configurations were compared with the transient magnetic analysis method.The results showed that the damper configuration o f double array perma­nent magnets had the largest damping coefficient and the smallest weight.On the basis o f the optimal configuration, the relationship of the damping coefficient with the dimensions of the permanent mag­nets and the airgap was analyzed.After optimization,the r a t i o o f damping coefficient and weight wasimproved by23 %.Key words ：eddy current damper；configuration comparisons；damper characteristic1引言微振动抑制是提高对地遥感、观测类相机成 像分辨率的重要技术手段。

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收 稿 日 期 ：２０１２－０６－１９；修 订 日 期 ：２０１３－０２－２８ 基金项目：国家自然科学基金资助项目（９１２１５３０２，５１００８０１９）；河 南 省 教 育 厅 科 学 技 术 研 究 重 点 资 助 项 目 （１３Ａ５６０７１１）；
华 北 水 利 水 电 学 院 高 层 次 人 才 项 目 （２０１２１２）
若忽略数值相 对 较 小 的 Ｂｘ 对 电 涡 流 阻 尼 的 贡 献（与 ＴＭＤ 运动同向的 Ｂｙ 对 电 涡 流 阻 尼 无 任 何 贡 献），且假设导体板位置处的 Ｂｚ大 小 处 处 相 等，根 据 文 献 ［１３］可 得 电 涡 流 阻 尼 系 数ｃｖ 的 简 化 公 式
ｃｖ ＝σδＳＢｚ２
摘要：为了克服传统的调谐质量阻尼器 （ＴＭＤ）阻尼单元 存 在 的 易 漏 油 等 耐 久 性 问 题 ，研 制 了 一 种 基 于 电 涡 流 阻 尼耗能的竖向 ＴＭＤ 装置。其特点在于：电涡流阻尼无需与结构接触，没有任何摩擦；产生磁场的元件为永磁 体，无 需外界供电；所有构件都由金属材料制成，不存在 老 化 等 现 象。 此 外，通 过 调 整 永 磁 体 与 导 体 板 的 距 离，很 容 易 实 现 ＴＭＤ 阻尼参数的后期调节，且不会影响 ＴＭＤ 刚度参 数。理 论 与 试 验 结 果 研 究 表 明 ，研 制 的 新 型 ＴＭＤ 具 有 优 良 的 阻 尼 特 性 ，而 且 当 磁 场 间 隙 较 小 时 电 涡 流 阻 尼 理 论 预 测 值 与 试 验 结 果 吻 合 较 好 。
不易养护 等 问 题。 而 且，ＴＭＤ 的 阻 尼 在 后 期 均 很 难调节。
电涡 流 阻 尼 作 为 一 种 极 有 前 途 的 阻 尼 形 式，目 前主要用于航天结 构 振 动 控 制、汽 车 刹 车 与 高 速 列 车制动等，研 究 成 果 也 比 较 丰 富 。 ［９］ 电 涡 流 阻 尼 具 有 非 接 触 、无 机 械 磨 损 等 优 点 ，在 振 动 控 制 领 域 中 有 着广泛的应用前 景。 然 而，其 在 土 木 工 程 中 的 研 究 与应用，目前还比 较 少 见。Ｌａｒｏｓｅ等 基 于 电 涡 流 阻 尼原理制作了用于控制全桥气弹模型风致振动的微 型 ＴＭＤ，并 通 过 风 洞 试 验 验 证 了 良 好 的 减 振 效 果 。 ［１０］ 同济大 学 的 万 重 和 楼 梦 麟 等 开 发 了 采 用 电 磁铁提供 励 磁 磁 场 的 小 型 电 涡 流 ＴＭＤ，并 开 展 了 建筑结构的地震 振 动 台 减 震 效 果 试 验。 然 而，基 于 电涡 流 阻 尼 的 现 有 ＴＭＤ 均 属 概 念 性 研 究，本 文 拟 研制直接面向实际工程应用的大吨位永磁式电涡流 ＴＭＤ［１１，１２］，并进行性能测试与简化理论分析 。
由文献［１３］可 知，电 涡 流 阻 尼 的 大 小 与 导 体 板 内外的主磁感应强 度 的 平 方 成 正 比，而 磁 场 强 度 的 大小又与 永 磁 体 磁 性 的 强 弱 及 磁 路 的 设 计 密 切 有 关 。 钕 铁 硼 （ＮｄＦｅＢ）是 目 前 发 现 的 商 品 化 性 能 最 高 的磁铁，被人们称 为 磁 王，拥 有 极 高 的 磁 性 能，其 最 大 磁 能 积 比 常 用 的 铁 氧 永 磁 体 高 １０ 倍 以 上 。 而 且 ， ＮｄＦｅＢ 具有接近线性的退 磁 曲 线，良 好 的 机 械 加 工 性能，工作温度最高可 达 ２００°Ｃ［１４］。 试 验 采 用 性 价 比较高 的 Ｎ３５ 牌 号 ＮｄＦｅＢ 矩 形 永 磁 体，由 宁 波 某 稀土 公 司 生 产。 其 主 要 参 数 有：剩 磁 感 应 强 度 １．２Ｔ；矫 顽 力 与 内 禀 矫 顽 力 分 别 为 ８．７×１０５ Ａｍ－１，９．６×１０５ Ａｍ－１；最 大 磁 能 积 为 ２．８×１０５ Ｊｍ－３；长（ａ）、宽（ｂ）与 高（ｈ）分 别 为 １０，１０ 与 ５ｃｍ， 其中高度方 向 （Ｚ 向）为 永 磁 体 的 充 磁 方 向，坐 标 系 如图１所示。永磁 体 型 号 与 形 状 选 定 后，接 下 来 就 是要估算永磁体的块数。
１．２ 刚 度 构 件
竖向 ＴＭＤ 的 刚 度 元 件 采 用 螺 旋 压 簧，并 通 过
摩擦小、导向性能好 的 直 线 轴 承 导 向，ＴＭＤ 频 率 的 微调拟通过改变 ＴＭＤ 的质量实现。若采用 ４ 根压 簧，则单 根 弹 簧 的 刚 度 系 数 为 ２５．４７～２８．２３ｋＮ／ ｍ。表１ 给 出 了 ＴＭＤ 压 簧 的 全 部 设 计 参 数，此 时 对应的弹簧刚度系 数 为 ２７．４４ｋＮ／ｍ。 值 得 说 明 的
关 键 词 ：调 谐 质 量 阻 尼 器 ；电 涡 流 阻 尼 ；永 磁 体 ；导 体 板 ；模 态 阻 尼 比 中 图 分 类 号 ：ＴＵ３５２．１ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１００４－４５２３（２０１３）０３－０３７４－０６
引 言
吸能 减 振 是 结 构 振 动 控 制 的 一 种 重 要 方 式，主 要有 调 谐 质 量 阻 尼 器 （ＴＭＤ），调 谐 液 体 阻 尼 器 （ＴＬＤ）与调谐液柱阻尼器 （ＴＬＣＤ）等 形 式。ＴＭＤ 最早可以追溯到１９４７年 Ｄｅｎ Ｈａｒｔｏｇ提出的动力吸 振器，作为一种被 动 控 制 装 置，原 理 简 单，设 计 方 法 较为成熟，且实用可靠 。 ［１～３］ 典型的应用有：改善高 层高耸结构的抗风 性 能、大 跨 度 桥 梁 的 风 振 振 动 控 制 、长 悬 臂 空 间 结 构 与 人 行 桥 的 人 致 振 动 控 制 、结 构 的地震响应控制等 。 ［４～８］
守 考 虑 ，共 设 ８ 块 永 磁 体 ，永 磁 体 磁 化 表 面 积 总 和 为
０．０８ ｍ２ 。 永 磁 体 与 导 体 板 的 平 面 布 置 如 图 ３ 所 示 ，
其中相邻磁体 Ｎ，Ｓ极交替布置，其目的在于形成较
短 的 磁 回 路 ，减 小 磁 势 损 耗 。
第 ２６ 卷
图 ３ 永 磁 体 与 导 体 平 面 布 置 图 Ｆｉｇ．３ Ｌａｙｏｕｔ ｐｌａｎ ｏｆ ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔｓ ａｎｄ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ
永磁 式 电 涡 流 阻 尼 构 件 主 要 有 两 部 分 组 成，即 导体 板、永 磁 体。 理 论 上 讲，同 等 条 件 下，导 体 板 的 导 电 性 越 好 ，产 生 的 电 涡 流 阻 尼 就 会 越 大 。 因 此 ，本 文选取具有较高导 电 系 数、价 格 相 对 适 中 的 紫 铜 作 为导体板材料，且铜板厚度δ 取５ ｍｍ。
第 ２６ 卷 第 ３ 期 ２０１３ 年 ６ 月
振 动 工 程 学 报
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｖｏｌ．２６ Ｎｏ．３ Ｊｕｎ．２０１３
永磁式电涡流调谐质量阻尼器的研制与性能试验
汪 志 昊１，２，陈 政 清２
（１．华北水利水电学院土木与交通学院，河南 郑州 ４５００１１；２．湖南大学风工程试验研究中心，湖南 长沙 ４１００８２）
图 ２ 矩 形 永 磁 体 的 磁 场 分 布 Ｆｉｇ．２ Ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｌｕｘ ｄｅｎｓｉｔｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ
ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔ
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振 动 工 程 学 报
况。从图中可以看出，Ｂｚ主 要 分 布 在 永 磁 体 的 投 影 面内，且大小基本相等；在投影 面 外 Ｂｚ衰 减 很 快，相 对 投 影 面 内 ，其 大 小 基 本 可 以 忽 略 不 计 。
ＴＭＤ 主 要 由 质 量 块、调 谐 频 率 的 弹 性 元 件 与 耗散结构振动能量的阻尼元件三大组件构成。弹性 元件主要有弹簧、摆 与 悬 臂 梁 等 方 式。 采 用 弹 簧 作 为弹性元件的优势 是 刚 度 比 较 容 易 设 计 与 调 整，且 所需空间小，尤其适合竖向 ＴＭＤ 采用。 水平 ＴＭＤ 常 采 用 摆 与 悬 臂 梁 等 形 式 ，摆 式 相 对 而 言 ，需 要 较 大 的空间，如在桥梁等 结 构 的 主 梁 内 部 安 装 将 存 在 困 难 ，复 摆 可 在 一 些 程 度 上 解 决 这 一 问 题 ；悬 臂 梁 式 所 需 空 间 适 当 ，且 无 需 导 向 ，但 是 悬 臂 梁 的 固 定 端 部 存 在应力集中现象，在 ＴＭＤ 长期工作中，有可能发生 疲劳损伤。至 于 阻 尼 元 件，小 型 ＴＭＤ 的 阻 尼 构 件 一般 采 用 橡 胶 等 高 阻 尼 材 料，大 型 ＴＭＤ 则 采 用 液 体 粘 滞 阻 尼 器 等 。 但 是 ，橡 胶 材 料 存 在 老 化 ，以 及 刚 度与阻尼不易分离 的 缺 点，粘 滞 阻 尼 器 存 在 漏 油 和
第３期
汪 志 昊 ，等 ：永 磁 式 电 涡 流 调 谐 质 量 阻 尼 器 的 研 制 与 性 能 试 验
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要，至少需要研制１ｔ级的单台 ＴＭＤ 减振装置。本 文拟研制的 竖 向 ＴＭＤ 样 机 质 量 ７１５ｋｇ、振 动 频 率 １．９～２ Ｈｚ、阻 尼 比 ６％，据 此 计 算 得 到 的 ＴＭＤ 刚 度系数、阻 尼 系 数 分 别 为 １０１．９０～１１２．９１ｋＮ／ｍ， １．０２～１．０８ｋＮｓ／ｍ。
是，为 了 更 好 地 维 持 竖 向 ＴＭＤ 活 动 质 量 的 平 衡 与
稳 定 运 行 ，压 簧 的 中 径 一 般 要 适 当 加 大 。
表 １ 压 簧 的 设 计 参 数
Ｔａｂ．１ Ｄｅｓｉｇｎ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ ｓｐｒｉｎｇ
参数 钢丝直径
中径 节距 自由长度 有效圈数
１ 永磁式电涡流 ＴＭＤ 设计
１．ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 基 本 参 数
根据课题 组 的 前 期 研 究 成 果［７］，某 大 跨 度 人 行 桥减振项目需要安装３套竖向 ＴＭＤ，以分别控制人 行桥的３阶 竖 弯 模 态 （固 有 频 率 分 别 为 １．６５，１．８８ 与２．０５ Ｈｚ）振 动，对 应 的 ＴＭＤ 活 动 质 量 分 别 为 １４．１６，１３．３１ 与 ４．０６ｔ。 可 见 为 满 足 该 桥 减 振 需