电涡流TMD阻尼特性的有限元模拟与参数优化

０ 引 言
调谐质量阻尼器（ＴｕｎｅｄＭａｓｓＤａｍｐｅｒ，ＴＭＤ） 一般由质量块、弹簧和阻尼器三部分组成，常被用
于人行天桥和大跨楼板结构的竖向振动控制 上［１］。传统 ＴＭＤ的阻尼器一般采用硅油做为油 阻尼器。然而，油阻尼器的疲劳寿命较短，存在易 漏油、耐久性差等缺陷。而且，油阻尼器还存在阻 尼与刚度耦合的缺陷，会给 ＴＭＤ带来附加刚度，
收稿日期：２０１７－１１－０３ 基金项目：国家自然科学基金（５１４７８３６１） 联系作者：王梁坤，男，博士研究生，研究方向为结构振动控制。Ｅｍａｉｌ：ｗａｎｇｌｉａｎｇｋｕｎ＠ｔｏｎｇｊｉ．ｅｄｕ．ｃｎຫໍສະໝຸດ ·抗震与抗风··９９·
结构工程师第 ３５卷第 ４期
造成 ＴＭＤ频率的失调［２］。电涡流阻尼是利用电 磁感应原理，当导体板切割永磁体产生的磁感应 线时，会产生一个阻碍两者相对运动的反向作用 力，并在导体板内产生电涡流，通过导体板的发热 消耗振动能量 。 ［３４］ 因此，相 比 使 用 油 阻 尼 器 的 传统 ＴＭＤ，使用电涡流阻尼的电涡流 ＴＭＤ具有 耐久性好、阻尼易调节、无附加刚度等优点［５］。
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｕｎｅｄｍａｓｓｄａｍｐｅｒ（ＴＭＤ）ｈａｓａｗｉｄｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｖｅｒｔｉｃａｌｖｉｂｒａｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｏｆｐｅｄｅｓｔｒｉａｎ ｂｒｉｄｇｅｓａｎｄｌａｒｇｅｓｌａｂｓ．ＴｒａｄｉｔｉｏｎａｌＴＭＤ ｕｓｅｓｓｉｌｉｃｏｎｅｏｉｌａｓｉｔｓｄａｍｐｉｎｇｕｎｉｔ，ｗｈｉｌｅｉｔｗｉｌｌｎｏｔｏｎｌｙｂｒｉｎｇ ｉｎｃｏｎｖｅｎｉｅｎｃｅ，ｐｏｏｒｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ，ｄｉｆｆｉｃｕｌｔｔｏａｄｊｕｓｔｔｈｅｄａｍｐｉｎｇ，ｂｕｔａｌｓｏｓｉｌｉｃｏｎｅｏｉｌｗｉｌｌｂｒｉｎｇａｄｄｉｔｉｏｎａｌｓｔｉｆｆｎｅｓｓ ｔｏＴＭＤ，ｃａｕｓｅｄｉｓｏｒｄｅｒｏｆｆｒｅｑｕｅｎｃｙ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｅｄｄｙｃｕｒｒｅｎｔｄａｍｐｉｎｇｉｓｕｓｅｄｔｏｒｅｐｌａｃｅｔｈｅｓｉｌｉｃｏｎｏｉｌ， ａｎｅｗｔｙｐｅｏｆｅｄｄｙｃｕｒｒｅｎｔＴＭＤｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ，ａｎｄｔｈｅｍｏｄｅｌｉｓａｎａｌｙｚｅｄｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓ ｓｏｆｔｗａｒｅＯｐｅｒａ３Ｄ．Ｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｌａｙｏｕｔ，ｔｈｅｔｈｉｃｋｎｅｓｓｏｆｔｈｅｃｏｎｄｕｃｔｏｒｐｌａｔｅａｎｄｔｈｅ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓｏｆｔｈｅｍａｇｎｅｔｉｃｐｌａｔｅａｒｅｏｐｔｉｍｉｚｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔｈａｓａ ｇｒｅａｔｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｔｈｅｅｄｄｙｃｕｒｒｅｎｔｄａｍｐｉｎｇ．Ｅｄｄｙｃｕｒｒｅｎｔｄａｍｐｉｎｇｉｓｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｎｏｎｌｉｎｅａｒｌｙｗｉｔｈ ｔｈｅ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓｏｆｃｏｎｄｕｃｔｏｒｐｌａｔｅａｎｄｍａｇｎｅｔｉｃｐｌａｔｅ．Ｉｎｔｈｅｅｎｄ，ｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｅｄｄｙｃｕｒｒｅｎｔｄａｍｐｉｎｇａｎｄ ｍａｇｎｅｔｉｃｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙｏｆｔｈｅｍａｇｎｅｔｉｃｃｉｒｃｕｉｔｏｆｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚｅｄｄｅｓｉｇｎｉｓａｎａｌｙｚｅｄａｎｄｔｈｅｆｏｒｍｕｌａｉｓｆｉｔ，ａｎｄａ ｋｉｎｄｏｆｅｄｄｙｃｕｒｒｅｎｔＴＭＤｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄｗｉｔｈｓｔｒｏｎｇａｐｐｌｉｃａｂｉｌｉｔｙｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ｅｄｄｙｃｕｒｒｅｎｔｄａｍｐｉｎｇ，ｅｄｄｙｃｕｒｒｅｎｔｔｕｎｅｄｍａｓｓｄａｍｐｅｒ，ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ａｎａｌｙｓｉｓ，ｍａｇｎｅｔｉｃｃｉｒｃｕｉｔｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ
第 ３５卷第 ４期 ２０１９年 ８月
结 构 工 程 师 ＳｔｒｕｃｔｕｒａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｓ
Ｖｏｌ．３５，Ｎｏ．４ Ａｕｇ．２０１９
电涡流 ＴＭＤ阻尼特性的有限元模拟与参数优化
王梁坤 施卫星 鲁 正
（同济大学结构防灾减灾工程系，上海 ２０００９２）
摘 要 调谐质量阻尼器（ＴＭＤ）在人行桥、大跨楼板等结构的竖向振动控制中有着较为广泛的应用。 传统的 ＴＭＤ采用硅油作为阻尼单元，这不但会带来施工不便、耐久性差、阻尼难以调节等问题，而且硅 油还会给 ＴＭＤ带来附加刚度，造成频率的失调。利用电涡流阻尼代替硅油，提出了一种新型的电涡流 ＴＭＤ，并利用大型电磁场有限元分析软件 Ｏｐｅｒａ３Ｄ对其进行建模分析。对永磁铁布置方式、导体板厚度 和导磁板厚度进行了参数优化分析，结果表明：永磁铁布置方式对电涡流阻尼有较大的影响；电涡流阻 尼随着导体板、导磁板厚度的增加呈非线性增长。最后，对经优化设计的磁路进行电涡流阻尼与磁导间 距间关系的分析与公式拟合，并提出了一种有较强适用性的电涡流 ＴＭＤ设计方法。 关键词 电涡流阻尼，电涡流调谐质量阻尼器，有限元模拟，参数分析，磁路优化
ＤａｍｐｉｎｇＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓＦｉｎｉｔｅＥｌｅｍｅｎｔＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｓａｎｄＰａｒａｍｅｔｅｒｓ ＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＥｄｄｙＣｕｒｒｅｎｔＴＭＤ
ＷＡＮＧＬｉａｎｇｋｕｎ ＳＨＩＷｅｉｘｉｎｇ ＬＵＺｈｅｎｇ
（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＤｉｓａｓｔｅｒＭｉｔｉｇａｔｉｏｎｆｏｒＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，ＴｏｎｇｊｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００９２，Ｃｈｉｎａ）
目前，已有几种形式的电涡流 ＴＭＤ。王梁坤 等［６］提出了一种电涡流 ＴＭＤ模型，并利用 ＦＥＭＭ 软件进 行 了 磁 场 模 拟。 陈 政 清 等［７］提 出 了 一 种 板式电涡流阻尼器，并进行了有限元仿真与参数 优化。汪志 昊 等［８］提 出 了 一 种 新 型 装 配 式 竖 向 电涡流 ＴＭＤ并进行了试验研究。张琪等［９］进行 了附加电涡流阻尼 ＴＭＤ的高层建筑结构振动台 试验研究。肖 登 红 等 ［１０］提 出 了 一 种 新 型 电 涡 流 阻尼器并进行了阻尼性能研究。