浮置板轨道中磁流变隔振器的隔振参数的优化方法及装置与流程

本发明涉及地铁轨道隔振技术领域，尤其涉及一种浮置板轨道中磁流变隔振器的隔振参数的优化方法及装置。

背景技术：
近年来，地铁轨道交通得到了迅猛发展，这给现代生活带来了许多的便捷。但是，地铁列车大都穿越人口密集、经济发达的城市中心，列车车轮与钢轨之间会产生撞击等振动，这种振动经过轨枕、道床传递至地基，会诱发邻近建筑、设备和人员等的二次振动，产生不良影响和危害。因此，人们提出了多种用于对地铁轨道进行隔振处理的地铁轨道结构，这其中隔振效果最好的无疑是浮置板轨道(FloatingSlatTrack，简称“FST”)结构。浮置板轨道主要由混泥土制成的浮置板和支承该浮置板的隔振器构成，并配以防沙石、尘土的侧向、纵向垫板。目前，浮置板轨道按照隔振器的类型的不同主要分为橡胶支承式浮置板轨道和钢弹簧支承式浮置板轨道，这两种浮置板轨道均为被动隔振方式，即隔振器的刚度和阻尼均难以调节，因此限制了该两种浮置板轨道的应用效果。为此，有学者提出了采用磁流变隔振器支撑浮置板的浮置板轨道结构，由于磁流变隔振器可以改变阻尼或刚度来使系统的隔振频率范围更宽、隔振效果更好，因此可以预见的是，采用磁流变隔振器的浮置板轨道结构将会成为未来研究和应用的热点。由于采用磁流变隔振器的浮置板轨道结构的刚度和阻尼可调，因此研究如何在不同的激振条件下，确定磁流变隔振器的刚度和阻尼具有十分重要的意义。

技术实现要素：
有鉴于此，本发明提供了一种浮置板轨道中磁流变隔振器的隔振参数的优化方法及装置。可以得到满足性能指标的磁流变隔振器的最佳隔振参数。本发明提供的一种浮置板轨道中磁流变隔振器的隔振参数的优化方法，包括：对由浮置板、磁流变隔振器和地基建立的隔振模型的隔振方程和所述隔振模型的性能指标方程进行无量纲化分析，得到所述磁流变隔振器的无量纲化的最佳隔振参数，并将所述无量纲化的最佳隔振参数转化为有量纲的最佳隔振参数。进一步，所述隔振参数包括：刚度和阻尼。进一步，在所述隔振模型中，所述浮置板表面的中心安装有加速度传感器，所述磁流变隔振器有四个，分别支撑所述浮置板的四顶角，所述四个磁流变隔振器的下方均安装有力传感器。进一步，所述隔振方程包括：垂向振动状态子方程：其中，为磁流变隔振器上的隔振力，为磁流变隔振器所承受的静载力，u1为隔振模型的总体刚度，u2为隔振模型的总体阻尼，m为浮置板轨道的质量，Fpt(t)为列车轮轨对轨道的垂向振动载荷，G为浮置板轨道的重力，x为浮置板的振动位移，为浮置板的振动速度，为浮置板的振动加速度；激振力子方程：其中，A0为静载荷，Ai为角频率ωi下的典型荷载幅值；所述磁流变隔振器的隔振力子方程：FR＝Fk+Fμ+Fsq,η+Fsq,τ，其中Fk为弹性力、Fμ为橡胶圈的阻尼、Fsq,η为磁流变材料的粘滞阻尼力，Fsq,τ为库仑阻尼力。进一步，所述性能指标方程包括：所述浮置板的最大振动幅值：传递到所述地基上的振动力的最小有效值：所述浮置板的振动加速度的最小有效值：其中，u＝(u1u2)T为隔振模型的优化目标参数向量，u1为隔振系统的目标刚度，u2为隔振系统的目标阻尼，T为激振力的一个公共周期，T0为列车经过一块浮置板所需的时间，D为磁流变隔振器所允许振动的最大行程。进一步，对隔振模型的隔振方程和性能指标方程进行无量纲化分析，得到所述磁流变隔振器的无量纲化的最佳隔振参数，包括：将垂向振动状态子方程：无量纲化为：其中，F为无量纲化过程中的常力，T为激振力的一个公共周期，D是隔振器的最大行程；将激振力子方程：无量纲化为：其中，将磁流变隔振器的隔振力子方程：FR＝Fk+Fμ+Fsq,η+Fsq,τ无量纲化为：其中，将所述浮置板的最大振动幅值：无量纲化为：将所述传递到所述地基上的振动力的最小有效值：无量纲化为：将所述浮置板的振动加速度的最小有效值：无量约纲化为：其中，为隔振系统的无量纲目标参数向量，为无量纲目标刚度，为无量纲目标阻尼，为列车经过一块浮置板所需的无量纲时间，为隔振器无量纲化的最大行程，为无量纲化静载力；根据上述各式，计算所述磁流变隔振器的无量纲化的最佳隔振参数。进一步，所述方法还包括：在确定所述磁流变隔振器的最佳隔振参数之后，根据所述确定的最佳隔振参数，计算所述磁流变隔振器的最佳驱动电流。进一步，所述计算所述磁流变隔振器的最佳驱动电流之后，还包括：采用所述最佳驱动电流驱动所述磁流变隔振器；获取采用所述最佳驱动电流驱动所述磁流变隔振器前后的性能评价指标，并根据获取的性能评价指标，对所述磁流变隔振器的隔振效果进行分析。进一步，所述性能评价指标包括：力传递率为在激振频率为ωi时传递到地基上的力幅值与激振力幅值的比值；浮置板振动相对加速度传递率为在激振频率为ωi时浮置板振动加速度幅值与激振加速度幅值的比值。本发明提供的浮置板轨道中磁流变隔振器的隔振参数的优化装置，包括：隔振模型，所述隔振模型包括：浮置板、磁流变隔振器和地基，所述磁流变隔振器位于所述浮置板和地基之间；处理模块，用于所述隔振模型的隔振方程和所述隔振模型的性能指标方程进行无量纲化分析，得到所述磁流变隔振器的无量纲化的最佳隔振参数，并将所述无量纲化的最佳隔振参数转化为有量纲的最佳隔振参数。本发明的有益效果：本发明实施例在一定激振条件下，采用无量纲化分析的方法对隔振模型的隔振方程和隔振模型的性能指标方程进行分析，据此可以得到该激振条件下的满足性能指标的磁流变隔振器的最佳隔振参数。本发明实施例进一步的根据得到的最佳隔振参数计算磁流变隔振器的最佳驱动电流，并用该最佳驱动电流驱动磁流变隔振器，以获得该磁流变隔振器的性能评价指标，通过分析该性能评价指标可以得到隔振模型的隔振效果。将该方法应用于台架实验中，可以客观评价当其应用于大型工程系统中的隔振效果，这样既节约了试验成本，又提高了试验的安全性。附图说明下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：图1是本发明提供的采用磁流变隔振器的隔振模型的实施例的结构示意图。图2是本发明提供的基于挤压模式的磁流变脂隔振器结构示意图。图3是本发明提供的浮置板轨道中磁流变隔振器的隔振参数的优化方法的实施例的流程示意图具体实施方式请参考图1，是本发明提供的采用磁流变隔振器的隔振模型的结构示意图。该隔振模型采用单块浮置板-磁流变隔振器-地基为基础，其中磁流变隔振器的数目共四个，分别支撑浮置板的一个顶角。图示的原点G代表浮置板的中心位置，X轴代表浮置板的垂向振动方向，Z轴代表轨道方向，Y轴依据右手定则确定。ki、ci(i＝1、2、3、4)分别表示相应磁流变隔振器的刚度和阻尼。另外，在浮置板的中心安装有加速度传感器，用于测量在一定的激振条件下的浮置板振动的加速度；在每个磁流变隔振器的正下方均安装有一支力传感器，用于测量在一定的激振条件下的传递到地基上的力；在浮置板轨道上安装多个振动电机，通过调整偏心轮的重合角调整激振力大小，通过变频器调整激振频率。请参考图2，是本发明提供的基于挤压模式的磁流变脂隔振器结构示意图。当给线圈通以电流时，改变电磁场的强度，进而改变磁流变脂的粘度，使库仑阻尼力得以改变。请参考图3，是本发明提供的浮置板轨道中磁流变隔振器的隔振参数的优化方法的实施例的流程示意图。该方法主要包括：步骤S21、建立如图1所示的隔振模型，获取该隔振模型的隔振方程。其中，隔振模型的隔振方程包括：垂向振动状态子方程：其中，为磁流变隔振器上的隔振力，为磁流变隔振器所承受的静载力，u1为隔振模型的总体刚度，u2为隔振模型的总体阻尼，m为浮置板轨道的质量，Fpt(t)为列车轮轨的垂向激振力，G为浮置板轨道的重力，x为浮置板的振动位移，为浮置板的振动速度，为浮置板的振动加速度；激振力子方程：其中，A0为静载荷，Ai为角频率ωi下的典型荷载幅值；磁流变隔振器的隔振力子方程：FR＝Fk+Fμ+Fsq,η+Fsq,τ，其中Fk为弹性力、Fμ为橡胶圈(图2所示)的阻尼、Fsq,η为磁流变材料的粘滞阻尼力，Fsq,τ为库仑阻尼力。步骤S22、对该隔振模型进行性能指标确定，获取该隔振模型的性能指标方程。其中，所述性能指标方程包括：为了保证列车运行的安全性，浮置板振动的幅值不能超过磁流变隔振器的最大行程，因此性能指标方程一为：浮置板的最大振动幅值：为了减少对地铁周围居民及建筑环境的影响，要求传递到地基上的振动力的有效值最小，因此性能指标方程二为：传递到地基上的振动力的最小有效值：在振动耦合系统中，浮置板既是振动的传播途径，又是振源，因此为了减少浮置板对车辆耦合系统的影响，要求浮置板的振动加速度有效值应最小，以提高列车的舒适性，因此性能指标方程三为：浮置板的振动加速度的最小有效值：其中，u＝(u1u2)T为隔振模型的优化目标参数向量，u1为隔振系统的目标刚度，u2为隔振系统的目标阻尼，T为激振力的一个公共周期，T0为列车经过一块浮置板所需的时间，D为磁流变隔振器所允许振动的最大行程。步骤S23、在一定的激振条件下，对隔振方程和性能指标方程进行无量纲化分析，得到磁流变隔振器的最佳隔振参数。其中，隔振参数包括：刚度和阻尼。对隔振方程的无量纲化分析包括：将垂向振动状态子方程：无量纲化为：其中，F为无量纲化过程中的常力，T为激振力的一个公共周期，D是隔振器的最大行程；将激振力子方程：无量纲化为：其中，将磁流变隔振器的隔振力子方程：FR＝Fk+Fμ+Fsq,η+Fsq,τ无量纲化为：其中，对性能指标方程进行无量纲化分析包括：将所述浮置板的最大振动幅值：无量纲化为：将所述传递到所述地基上的振动力的最小有效值：无量纲化为：将所述浮置板的振动加速度的最小有效值：无量约纲化为：其中，为隔振系统的无量纲目标参数向量，为无量纲目标刚度，为无量纲目标阻尼，为列车经过一块浮置板所需的无量纲时间，为隔振器无量纲化的最大行程，为无量纲化静载力。在完成无量纲化后，依据上述各式计算磁流变隔振器的无量纲化的最佳隔振参数，并将无量纲化的最佳隔振参数转化为有量纲的最佳隔振参数。步骤S24、根据步骤S23得到的最佳隔振参数，计算磁流变隔振器的最佳驱动电流，并采用该最佳驱动电流驱动磁流变隔振器。其中，由于磁流变材料的阻尼是用电流控制的，因此根据磁流变隔振器的最佳阻尼和不同的磁流变材料的输入输出特性，可反解求得磁流变隔振器中的驱动电流大小。步骤S25、获取采用最佳驱动电流驱动磁流变隔振器时的性能评价指标，并根据性能评价指标，分析隔振效果。其中，性能评价指标包括：力传递率为在激振频率为ωi时传递到地基上的力幅值与激振力幅值Ai的比值，其中传递到地基上的力FT通过力传感器测量获得，激振力Fpt为激振电机所提供的激振力；浮置板振动相对加速度传递率为在激振频率为ωi时浮置板振动加速度幅值与激振加速度幅值的比值，其中浮置板振动加速度通过加速度传感器测量获得，激振加速度ai为激振力Fpt与浮置板质量m的比值。本发明实施例在一定激振条件下，采用无量纲化分析的方法对隔振模型的隔振方程和隔振模型的性能指标方程进行分析，据此可以得到该激振条件下的满足性能指标的磁流变隔振器的最佳隔振参数。本发明实施例进一步根据得到的最佳隔振参数计算磁流变隔振器的最佳驱动电流，并用该最佳驱动电流驱动磁流变隔振器，以获得该磁流变隔振器的性能评价指标，通过分析该性能评价指标可以得到隔振模型的隔振效果。将该方法应用于台架实验中，可以客观评价当其应用于大型工程系统中的隔振效果，这样既节约了试验成本，又提高了试验的安全性。本发明实施例还公开了浮置板轨道中磁流变隔振器的隔振参数的优化装置。该装置与上述的方法实施例相对应，其具体包括：隔振模型，所述隔振模型包括：浮置板、磁流变隔振器和地基，所述磁流变隔振器位于所述浮置板和地基之间。处理模块，用于所述隔振模型的隔振方程和所述隔振模型的性能指标方程进行无量纲化分析，得到所述磁流变隔振器的无量纲化的最佳隔振参数，并将所述无量纲化的最佳隔振参数转化为有量纲的最佳隔振参数。最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。