چکیده : ضربه گیر های MR و مگنتورلوژیکان ازجمله وسایل جدید برای کاهش ارتعاش ساختمان هستند بدلیل سهولت مکانیکی آنها ، محدوده دینامیکی وسیع نیازهای به نیروی کم ظرفیت نیروی زیاد ، و نیرومندی این وسایل باتقاضاها و محدودیت های کاربرد بخوبی هستند تا وسایل جالب محافظت کردن سیستم های فراساختمار عمران را در مقابل بارهای زیر زمینی لرزه وبا وجدی پیشنهاد نمایند.
مدل های شبه استاتیک ضربه گیرهای MR توسط محققان مختلف بررسی شده اند اگر چه این مدل ها برای طراحی ضربه گیر مفیدهستند ولی برای شرح رفتار ضربه گیر MR تحت بار گذاری دینامیک کافی نمی باشند .
این مقاله یک مدل دینامیک جدید از سیستم ضربه گیر MR را پیشنهاد می کند که از دو بخش تشکیل می شود .
-iیک مدل دینامیک از منبع تغذیه و-ii یک مدل دنیامیک از ضربه گیر MR بدلیل اینکه بررسی های قبلی نشان داده اند که یک منبع تغذیه جاری می تواند زمان پاسخ ضربه گیر MR را کاهش دهد این بررسی از یک درایو جاری استفاده می کند تا ضربه گیر MR را نیرو دهد .
اصول کار درایو جاری ویک مدل دینامیک مناسب ارائه می شوند در نتیجه تحلیل پاسخ ضربه گیر MR اجرای شود وی یک مدل میکانیکی با استفاده از مدل Bouc - wen پیشنهاد می شود تا رفتار ضربه گیر راتحت بار گذاری دینامیک پیش بینی می کند این مدل تاثیرات کاهنده برش واینرسی سیال را در بر می گیرد .
مدل دینامیک سیستم ضربه گیر MR نتایج آزمایشی را بخوبی پیش بینی می کند کلمات کلیدی سیالات MR دستگاه های ضربه گیر هوشمند مولد هوشمند مدل پس ماند ، بر آورد پارامتر تعیین هویت سیستم ، فن آوری رئولوژیکی .
مقدمه : سیالات مگنتورئولوژیک ( با سیالات MR) به طبقه سیالات قابل کنترل تعلق دارد .
خصوصیات ضرروی سیالات MR عبارت اند از توانایی آنها برای تغییر از مایعات وسیکوز خطی و جاری بطور آزاد به جامدهایی است که دارای یک استحکام تسلیم قابل کنترل در مدت چند میلی ثانیه هستند هنگامی که د رمعرفی یک میدان مغناطیسی قرار می گیرند .
این ویژگی فصل مشترک های پاسخ سریع آرام وساده را بین سیستم های مکانیکی و کنترل های الکترونیکی فراهم می کنند ضربه گیرهای سیال MR اکنون دستگاه های نیم فعال جدیدی هستند که سیالات MR را برای فراهم کردن نیروهای ضربه گیر قابل کنترل فراهم می نمایند این دستگاه ها بر بسیاری ازمشکلات هزینه وقتی همراه مرتبط بادستگاه های نیم فعال غلبه می نمایند که قبلا در نظر گرفته شده اند بررسی های اخیر نشان داده اند که ضربه گیرهای نیم فعال می توانند به اکثریت عملکرد سیستم های کاملا فعال دستری می یابند و بنابراین برای احتمالات کاهش پاسخ موثر در طی فعالیت زلزله ای قوی و ملایم مجاز می باشند .
شکل 1.
(a) طرح گونه یک ضربه گیر سیال MR 20 تنی در مقیاس کامل برای اثبات قابلیت اشل بندی فن آوری سیال MR برای دستگاه های با اندازه مناسب برای کاربردهای مهندسی عمران یک ضربه گیر سیال MR 20 تنی درمقیاس کامل طراحی و ساخته شده است شکل 1 (a) طرح گونه ضربه گیر MR بررسی شده در این مقاله رانشان می دهد .
ضربه گیر از یک شکل هندسی ساده استفاده می کند که در آن مقّر استوانه ای خارجی بخشی از مدار مغناطیسی است سوراخ مایع موثر فضایی بین قطر خارجی پیستون و داخل مقّر استوانه ای است ضربه گیر دارای قطر داخلی 20 orifice ویک stoke است کریل های الکترومغناطیسی در سه بخش برروی پیستون پیچیده می شوند ومنجر به چهار ناحیه سوپاپ valve موثر می گردد هنگامی که مایع به پشت پیستون جاری می شود .
کویل ها حاوی km سیم است وقتی بطور سری متوالی سیم پیچی می شوند کویل کلی دارای یک اندوکتانس li= 6.6.H و یک مقاومت R0= 21 0 است ضربه گیر کامل شده سیم پیچ تقریبا متر طول دارد و دارای جرم است ضربه گیر حاوی تقریبا لیتر مایع MR است مقدار مایع انرژی گرفته توسط میدان مغناطیسی در هر لحظه مورد نظر تقریبا 90 است شکل Ib دستگاه را در دانشگاه فوتردام برای ضربه گیر مایع MR 20 تنی در مقیاس کامل نشان میدهد ضربه گیر به یک صفحه به ضخامت 7.5 متصل شد که تا یک ضخامت متر دو غاب ریزی کف شد ضربه گیر توسط یک فعال کننده 560 kn با یک سرود والو ipm57 با یک پهنای باند 30ht حرکت می نماید فعال کننده با یک کنترل کننده سروو هیدرولیک sa10 مدل شنک – پگالوس کنترل می شود ( در موردباز خورد جابجایی ) مدل های شبکه استاتیک ضربه گیرهای MRتوسط محققان بسیاری توسعه یافته اند .
اگر چه آن مدل ها برای طراحی ضربه گیر MR مفید هستند ولی برای شرح رفتار غیر خطی ضربه گیر تحت بار گذاری دینامیک کافی نمی باشند ( بویژه رفتار سرعت – نیروی غیر خطی ) .
برای اثبات قابلیت اشل بندی فن آوری سیال MR برای دستگاه های با اندازه مناسب برای کاربردهای مهندسی عمران یک ضربه گیر سیال MR 20 تنی درمقیاس کامل طراحی و ساخته شده است شکل 1 (a) طرح گونه ضربه گیر MR بررسی شده در این مقاله رانشان می دهد .
این مقاله یک مدل دینامیک جدید از سیستم ضربه گیر MR راارائه می کند که از دو بخش تشکیل می شود : I : یک مدل دینامیک منبع تغذیه و ii – یک مدل دینامیک ضربه گیر MR بدلیل اینکه بررسی های قبلی نشان داده اند که یک منبع تغذیه رانده شده جاری می توانند بطور فاحشی زمان پاسخ ضربه گیر را کاهش دهند این بررسی یک درایو جاری را برای قدرت دادن به ضربه گیر MR بکار می برد .
اصول کار درایو جاری و یک مدل دینامیک مناسب فراهم میشوند در نتیجه تحلیل پاسخ ضربه گیر اجرا می شودو یک مدل مکانیکی با استفاده از مدل Bous - wen پیشنهاد می شود تار فتار ضربه گیر MR را تحت بار گذاری دینامیک پیش بینی می کند .
این مدل تاثیرات لاغر کردن برش واینترنتی مایع MR را شامل می شود بررسی هانشان داده است که مدل دینامیک پیشنهاد شده سیستم ضربه گیر MR نتایج آزمایشی راخیلی خوب پیش بینی می کند .
«مدل دنیامیک ضربه گیرهای MR» پاسخ ضربه گیری تواندبه سه ناحیه تقسیم شود ( شکل 7 ) در آغاز ناحیه سرعت از منفی به مثبت تغییر علامت می دهد ، سرعت بسیار کم است وسیال MR اساسا از ناحیه پیش تسلیم عمل می نماید یعنی جریان ندارد وتغییر شکل الاستیک خیلی کم دارد بدلیل آنکه سرو کنترل کنترل از راه دور که ضربه گیر را به حرکت در می آورد واز بازخورد جابجایی استفاده می کند واندازه گیری جابجایی در این مرحله ماورای سیگنال فرمان است کنترل کننده تمایل دارد تابه یک سوراخ سوپاپ شیر بزرگ فرمان دهد و ضربه گیر MR در تماس را با یک نیروی بزرگ قرار دهد بنابراین یک افزایش در شتاب مشاهده می شود .
پس از اینکه مایع سیال MR تسلیم می شود و مایع شروع به جریان می نماید شتاب تاسطح معمولی اش افت می کند ( همانطور که در انتهای ناحیه I دیده می شود ) .
بدلیل آنکه نیروی اینرسی متناسب با شتاب است یک تاخیر Overshoot نیرو مشاهده می شود شکل (7 ازناحیه II شتاب کم می شود هنگامی که هنوز مثبت باقی می ماند .
بطور کلی نیروی پلاستیک وسیکوز سریعتر از نیروی اینرسی کاهش می یابد .
لذا به یک افزایش نیروی خالص مشاهده می شود درناحیه III سرعت وشتاب کم می شود توجه کنید که سرعت ضربه گیر در انتهای این ناحیه به صفر میل می کند ونیروی و سکیوز پلاستیک سریعتر افت می کند که بدلیل تاثیر ضعیف کردن برش سیال است بنابراین یکRokk-off نیرو مشاهده می شود بعلاوه ، بدلیل نیروی اینرسی نیروی مقاومت کننده ضربه گیر درناحیه IIIکوچکتر کمتر از در نواحیI وII است .
بنابراین یک over shoot در نیرو وجود دارد وکه در شکل 8 b ملاحظه می شود .
سیلندر استوانه = eylinder مدل دینامیک ضربه گیرهای MR مدل های شبه استاتیک برای ضربه گیر MR توسط محققان توسعه یافت اند .
شکل 8 مقایسه ای بین مدل شبه استاتیک ونتیجه تجربی آزمایشگاهی رانشان می دهد هنگامی که ضربه گیر MR در معرفی یک تهیج جابجایی سینوسوئیدیO.SHT در یک جریان ورودی 2A آمپر واقع می شود .
ملاحظه می توان کرد که مدل شبه استاتیک می تواند رفتار جابجایی نیروی ضربه گیر را بطور معقولی مدل سازی کند ، با این حال آنها برای شرح رفتار سرعت نیروی غیر خطی در اطلاعات آزمایشگاهی ( تجربی ) کافی نمی باشند .
یک مدل دینامیک دقیق تر در مورد ضربه گیرهای MR برای شبیه سازی رفتار ضربه گیر و شبیه سازی کنترل ارتعاش ساختاری با ضربه گیرهای MR ضروری است .
شکل 8 مقایسه بین مدل شبه – استاتیک و نتایج ازمایشی تحت یک تهیج جابجایی سینوسوئیدی 1inch , H2o.5در یک جریان ورودی (a) 2A آمپر نیرو جابجایی (b) نیرو – سرعت دونوع مدل دینامیک از ضربه گیرسیال قابل کنترل توسط محققان بررسی شده اند مدل های پارامتری وغیره پارامتری ارگوت یک روشی غیر پارامتری را ارائه کرد که از چند ضلعی های چبیشف ارتوگونال برای پیش بینی نیروی مقاومت کننده ضربه گیر با استفاده از اطلاعات سرعت وجابجایی ضربه گیر استفاده می کند .
چانگ یک مدل شبکه خنثی را برای رفتار دینامیک ضربه گیرهای MR توسعه داد ولی مدل های ضربه گیر غیر پارامتری اغلب کاملا پیچیده هستند .
گاماتویک مدل وسیکولاستیک – پلاستیک را براساس مدل Binghaw پیشنهاد کرد Wereley یک مدل هیستر تیک بی و سیکوز پیشنهاد کرد اگر یک تعمیم مدل و سکوز غیر خطی است که دارای یک نمایش بهبود یافته از پس ماند پیش – تسلیم می باشد اسپنسر یک مدل مکانیکی را براساس مدل بوس – ون پیشنهادکرد این مدل می تواند roll- off نیرو را در ناحیه سرعت کم تسخیر کند که بدلیل ریزش یا blow- by مایع بین پیستون واستوانه ( سیلندر ) است .
بااینحال تمام مدل های پارامتری فوق الذکر تاثیر اینرسی سیال و تاثیر ضعیف کننده برش درناحیه سرعت کم در نظر گرفته نمی شود .
براساس تحلیل پاسخ ضربه گیر ارائه شده در بخش قبلی یک مدل مکانیکی که تاثیرات اینرسی و ضعیف کردن برش را در نظر می گیرند پیشنهاد می شود که در شکل 9 نشان داده می شود .
نیروی مقاومت کننده ضربه گیر چنین ارائه می شود .
و متغیرt چنین است در این مدل تاثیر اینرسی سیال توسط یک جرم معادلm نشان داده میشود .
انباره ( اکومولاتور ) توسk نشان داده می شودنیروی اصطکاک ناشی از واشرهای ضربه گیر وهمچنین بایاس اندازه گیری توسطfo نشان داده می شوند .
وضریب میرایی پلاستیک پس از تسلیم توسط C(X) نشان داده می شود .
برای شرح تاثیر ضعیف کردن برش بر روی نیروی مقاومت کننده ضربه گیر درسرعت های کم همانطور که در اطلاعات تجربی مشاهده می شودC( x) بصورت یک تابع کاهنده نسبت به سرعت مطلق (x) نشان داده می شود .
دراین مقاله ضریب میرایی پس از تسلیم دارای یک شکل فرض می شود طوریکهp,a2 , a1 ثوابت مثبت هستند .
علاوه بر مدل مکانیکی پیشنهاد شده دو نوع دیگر ازمدل های دینامیک براساس مدل بوس – ون نیز بررسی می شوند یکی عبارت اند از مدل ون – بوک باعنصر جرم است .
توجه کنید که ضریب میرایی برابر با یک ثابت در این مدل می باشد .
ضریب دیگر مدل مکانیکی پیشنهاد شده توسطSpencer با ایمان جرم می باشد .
برای ارزیابی توانایی آنها برای پیش بینی رفتار ضربه گیر MR این سه مدل دنیامیک برای انطباق با پاسخ ضربه گیر تحت یک تهیج جابجایی سینوسوئیدی 1 ineh , o.s HZ در یک جریان ورودی 2A بکار برده می شوند .
مقایسه بین نتایج پیش بینی شده واطلاعات تجربی در شکل 10 نشان داده می شود تمام مدل های می توانند رفتار جابجایی نیروی ضربه گیر رابخوبی شرح دهند ولی مدل بوس – ون نمی تواند roll -offنیرو را در ناحیه با سرعت کم تسخیر نماید مدل مکانیکی پیشنهاد شده توسطSpencer از دو ضریب میاریی متفاوت برای شرح roll –off نیرو استفاده می کند یک ضریب میرایی در سرعت های زیاد بالا استفاده می شود و ضریب دیگر در سرعت های کم بکار می رود این مدل دارای یک بهبود مختصر نسبت به مدل ون – بوس می باشد .
مدل پیشنهاد شده در اینجا از یک ضریب میاریی کاهنده مونو برای شرح roll - off نیرو ناشی از تاثیر ضعیف کننده برش سیال استفاده می کند ورفتار ضربه گیر را بخوبی در تمام نواحی شرح می دهد که شامل نیرود ر سرعت های کم و در حلقه در جهت عقربه های ساعت در کرانه های سرعت می باشد پارامترهای برای مدل مکانیکی پیشنهاد شده برابر با است .
شکل 10 – مقایسه بین پاسخ های پیش بینی شده وبدست آمده آزمایشی با مدل های دینامیک گوناگون (a) نیرو زمان ( b) نیرو تغییر مکان ( c) نیرو – سرعت علاوه بر شواهد نموداری برتری مدل پیشنهاد شده یک بررسی کمی از خطاها بین هر دو مدل واطلاعات تجربی نیز بیان می شود برای هر کدام از مدل های در نظر گرفته شده در اینجا خطا بین نیروی پیش بینی شده ونیروی اندازه گیری شده بصورت تابعی از زمان جابجایی وسرعت در یک سیکل کامل محاسبه شده است عبارت های زیر برای نمایش خطاها استفاده شده اند .
فرم های خطای حاصل در جدول I نشان داده می شوند درتمام موارد فرم های خطا برای مدل مکانیکی پیشنهاد شده محاسبه و کمتر از مقادیر محاسبه شده برای سایر مدل های مورد نظر بودند که نشان می دهند که مدل پیشنهاد شده نسبت به سایر مدل ها برای ضربه گیر MR درمقیاس کامل تحت بررسی دارای برتری است .
نتیجه گیری : ضربه گیرهای سیال MR مگنتورئولوژیکال یک سطح فن آوری رافراهم می کنندکه کنترل نیمه فعال موثر را در تعدادی از کاربردهای جهان واقعی امکان پذیر ساخته است .
یک ضربه گیر MR 20 تنی که قادر به ارائه کردن میرایی نیمه فعال برای کاربردهای ساختاری در مقیاس کامل می باشد طراحی که ساخته شده است یک مدل مکانیکی براساس مدل پس ماند ون – بوس برای شرح رفتار دینامیک ضربه گیر MR پیشنهاد می شود این مدل ضعیف کردن برش سیال وتاثیرات اینرسی را در نظر می گیرد که دراطلاعات تجربی مشاهده می شوند .
بعلاوه نتیجه تجربی نشان میدهد که درایو جاری می تواند بطور فاحشی زمان پاسخ ضربه گیر MR را کاهش دهد .
اصل عملیاتی درایو جاری نیز بحث می شود و مدل دنیامیک آن ارائه می گرددمدل دینامیک بعدا با مدل مکانیکی پیشنهاد شده برای ضربه گیر MR ترکیب می شود تامدل دینامیک سیستم ضربه گیر MR کلی بدست آید که شامل منبع تغذیه است .
نتایج پیش بینی شده با اطلاعات تجربی مقایسه می شوند وانطباق های عالی مشاهده می شوند .
این مدل ابزار خوبی را برای تحلیل وتولید ساختار هایی فراهم می کند که چنین ضربه گیرهای قابل کنترل های را در مقیاس وسیع بکار می برد .
«پایان »