دانلود رایگان ترجمه مقاله دمپرهای مغناطیس رئولوژیکی (سال 2004)

دمپرهای مغناطیس رئولوژیکی – یک الگوی جدید در تکنیک های جداسازی پایه در مهندسی زلزله

Magneto Rheological Dampers – A New Paradigm In Base Isolation Techniques In Earth Quake Engineering

چکیده
در طول سه دهه گذشته، میزان زیادی از علاقه در مورد استفاده از سیستم های حفاظتی ساختاری برای کاهش اثرات خطرات زیست محیطی پویا، مانند زلزله و باد قوی، بر روی سازه های مهندسی عمران تولید شده است. این سیستم ها معمولاً از دستگاه های میرایی مکمل برای افزایش قابلیت اتلاف انرژی ساختار محافظت شده استفاده می کنند. یکی از امیدوار کننده ترین دستگاه های جدید پیشنهادی برای حفاظت ساختار, دمپرهای سیال مغناطیس رئولوژیکی (MR) به دلیل سادگی مکانیکی آنها، محدوده دینامیکی بالا، نیاز فشار کم، ظرفیت نیروی بزرگ و نیرومندی است. نشان داده شده است که این کلاس از دستگاه ها به خوبی در درون الزامات و محدودیت های نرم افزاری برای ارائه یک ابزار جذاب حفاظت از سیستم های زیرساخت مدنی در برابر بارگذاری پویا مش بندی می شوند.
تمرکز این مقاله بر روی توسعه یک درک اساسی از دمپرهای MR مقیاس بزرگ به منظور طراحی و پیاده سازی این دستگاه های میرایی “هوشمند” در سازه ها در مقیاس بزرگ برای کاهش خطرات طبیعی است.
1- مقدمه
یکی از موفق ترین ابزارهای حفاظت از سازه ها در برابر حوادث لرزه ای “ایزولاسیون پایه” است. ایزولاسیون زلزله ها می شود [Carlson J.D (1994)]. در سیستم های ایزولاسیون پایه, ادوات غیرخطی مانند یاتاقان های سرب-لاستیک, یاتاقان های پاندول اصطکاک یا یاتاقان های لاستیکی میراکننده بالا اغلب استفاده می شوند. مزیت این انواع یاتاقان ها اینست که بازیابی نیرو و ظرفیت میرایی مناب را می توان در یک وسیله به دست آورد. هرچند, چون مشخصات دینامیکی این ادوات به شدت غیرخطی هستند, کاهش ارتعاش برای یک گستره وسیع از شدت های حرکت ورودی زمین بهینه نیست.
چون عملکرد تجهیزات با حساسیت بالا در بیمارستان, مراکز ارتباطی و تسهیلات کامپیوتری به اسانی توسط سطوح شتاب متوسط مغشوش می شود و حتی به طور دائمی از تحریکات بالاتر آسیب می بیند [Spencer Jr., et.al., 1997], تلاش هایی برای استفاده از ایزولاسیون برای حفاظت از محتویات ساختمان ها تعلیم داده شده است. مثلاً: سیستم های ایزولاسیون پایه در یک تسهیلات نیمه هادی در ژاپن به منظور کاهش ارتعاشات ریز از یک ریل قطار سرعت بالا در نزدیک ها به کار گرفته شده است [Kyle C, et.al., 2001].
بازنگری های اخیر در مورد کد ساختمان متحد (ICBO -1997), در نظر گرفتن جابجایی های بزرگ پایه و ملاحظه یک زلزله معتبر ماکزیمم (Maximum Credible Earthquake, MCE) قوی تر را اجبار نموده است که به طور مستقیم نیاز به ادوات میراکننده مکمل را نشان می دهد. هرچند, اضافه نمودن میرایی برای مینیمم نمودن جابجایی های پایه می تواند هر دوی شتاب های مطلق و تغییر شکل بهره هایی که برای آن ایزولاسیون پایه در نظر گرفته شده است را افزایش دهد (yke SJ, et.al., 1996a & Dyke SJ, et.al., 1996c]). به طور کلی, حفاظت از محتویات یک سازه, از طریق مینیمم سازی شتاب ساختاری به دست می آید.
جتسجوی توسعه سیستم های ایزولاسیون که می توانند برای گستره وسیعی از تحریک زمین, راهبردهای کنترل هیبرید, شامل یک سیستم ایزولاسیون منفعل در ترکیب با محرک های کنترل شده فعال موثر باشند, توسط تعدادی از محققان بررسی شده است. مزیت های سیستم های ایزولاسیون پایه هیبرید, عملکرد بالا در کاهش ارتعاش, قابلیت سازگاری با شرایط مختلف بارگذاری, کنترل چندین حالت ارتعاش سازه و غیره هستند.
به عنوان یک الگو, تغییر در میان سیستم های ایزولاسیون پایه, استفاده از ادوات کنترل نیمه فعال است که اغلب دمپرهای هوشمند نامیده می شوند, شامل Magneto Rheological (MR) Fluids (MR Dampers) and Electro Rheological (ER) Fluids (ER Dampers) می شوند.

Abstract

Over the past three decades, a great deal of interest has been generated regarding the use of structural protective systems to mitigate the effects of dynamic environmental hazards, such as earth quakes and strong wind, on Civil Engineering structures. These systems usually employ supplemental damping devices to increase the energy dissipation capability of the protected structure. One of the most promising new devices proposed for structural protection is Magneto rheological (MR) fluid dampers because of their mechanical simplicity, high dynamic range, low pressure requirements, large force capacity and robustness, this class of devices has been shown to mesh well within application demands and constraints to offer an attractive means of protecting Civil infrastructure systems against dynamic loading.

The focus of the paper is to develop a fundamental understanding of large scale MR dampers for the purpose of designing and implementing these “smart” damping devices in large- scale structures for natural hazard mitigation.

1- Introduction

One of the most successful means of protecting structures against Seismic events is ‘BASE ISOLATION’. Seismic Base isolation mitigate the risk to life and property from strong Earth quakes [Carlson J.D (1994)]. In base isolation Systems, non linear devices such as Lead-rubber bearings, friction pendulum bearings or high damping rubber bearings are often used. The benefit of these types of bearings is that the restoring Force and adequate damping Capacity can be obtained in one device. However, because the dynamic characteristics of these devices are strongly non-linear, the vibration reduction is not optimal for a wide range of input ground motion intensities.

Because the performance of highly sensitive equipment in Hospitals, Communication Centers, and computer Facilities can be easily disrupted by moderate acceleration levels and even permanently damaged by higher excitations [Spencer Jr., et.al., 1997], efforts have trained towards the use of Isolation for protection of buildings contents. Ex: Base isolation Systems have been employed in a semiconductor Facility in Japan to reduce micro vibration from a nearby high speed Train rail [Kyle C, et.al., 2001] Recent revisions to the Uniform Building Code (ICBO -1997) mandate the accommodation of larger base displacements and the consideration of a stronger Maximum Credible Earthquake (MCE), indirectly suggesting the need for supplementing damping devices. However, the addition of damping to minimize base displacements may increase both internal deformation and absolute accelerations of the gains for which base isolation is intended [Dyke SJ, et.al., 1996a & Dyke SJ, et.al., 1996c]. In general, protection of the contents of a structure is achieved through minimization of structural acceleration.

Seeking to develop isolation systems that can be effective for a wide range of ground excitation, hybrid control strategies, Consisting of a passive Isolation system combined with actively controlled actuators, have been investigated by a number of researchers. The advantages of hybrid base isolation systems are high performance in reducing vibration, the ability to adapt to different loading Conditions, Control of multiple vibration modes of the structure and so on.

As a paradigm shift among base Isolation system employs semi active control devices, often called ‘Smart’ dampers include Magneto Rheological (MR) Fluids (MR Dampers) and Electro Rheological (ER) Fluids (ER Dampers).