结构振动控制技术经过四十多年的发展,取得了一系列成果,并已成功应用于多种工程结构的减震控制中。磁流变阻尼器作为半主动减震装置的典型代表,近年来受到了国内外学者的广泛关注,它是利用磁流变液在磁场下的快速可逆流变特性而研制的一种减震装置,具有出力大、能耗低、响应迅速、控制效果好等优点,通过阻尼力可调实现对建筑结构在地震作用下较为精确的减震控制。尽管国内外学者纷纷在磁流变阻尼器设计、力学模型、半主动控制策略、振动台试验以及受控结构动力分析等方面开展了大量研究,但仍然有许多问题需要深入研究,特别是针对多级线圈磁流变阻尼器的相关研究甚少。多级线圈磁流变阻尼器内部多个励磁线圈相互并联,不同线圈组合通电时的阻尼力特性和耗能性能各不相同,而且据此特性可得到更加简便适用的磁流变阻尼器半主动控制策略,从而改善传统多态控制容易受时滞影响的不足,并简化控制器设计。因此,开展多级线圈磁流变阻尼器力学性能试验及其结构减震研究具有重要意义。本文采用试验研究、理论分析和数值模拟相结合的方法对多级线圈磁流变阻尼器的力学性能、力学模型、受控结构弹塑性时程分析及受控结构优化分析等方面开展系统的研究,主要研究工作如下:(1)多级线圈磁流变阻尼器力学性能试验对研发的多级线圈磁流变阻尼器分别在单线圈、三线圈和五线圈进行通电工况下,在不同电流、位移幅值和激励频率下进行力学性能试验,研究其阻尼力特性随电流、激励频率、位移幅值的变化规律,以及该阻尼器在不同线圈组合通电情况下的阻尼特性及耗能性能。(2)磁流变液微观力学模型从微观角度出发,基于磁偶极子理论对磁流变液中铁磁颗粒在磁场作用下的链化机理进行分析研究,对单链结构和双链结构的稳定性进行分析,并基于双链结构提出了磁流变液双链密排微结构模型,可较好地描述磁流变液的剪切屈服应力随外加磁场的变化。(3)多级线圈磁流变阻尼器磁场分析多级线圈磁流变阻尼器的磁路结构复杂,首先建立多级线圈磁流变阻尼器的有限元模型,模拟多级线圈磁流变阻尼器在每个线圈单独通电情况下的磁场分布情况,并引入高斯函数对仿真结果进行模拟,在此基础上建立多级线圈磁流变阻尼器多线圈组合通电时各有效阻尼间隙处磁感应强度的计算公式;基于安培环路定理对多级线圈磁流变阻尼器的磁场分布进行理论分析,推导多级线圈磁流变阻尼器有效阻尼间隙处平均磁感应强度的简化计算公式,为建立多级线圈磁流变阻尼器力学模型提供基础。(4)多级线圈磁流变阻尼器力学模型在磁流变液微观物理模型和多级线圈磁流变阻尼器磁场分布研究的基础上,结合磁流变阻尼器伪静力模型,建立多级线圈磁流变阻尼器的微宏观力学模型,该模型可计算多级线圈磁流变阻尼器在不同励磁线圈组合通电时磁流变阻尼器的阻尼力,并为磁流变减震结构动力分析提供基础。(5)磁流变减震结构弹塑性动力分析基于空间杆系模型,采用MATLAB语言编制了未控和磁流变阻尼器受控空间框架结构的弹塑性时程分析程序,程序采用三折线刚度退化模型来模拟杆件发生弹塑性变形时的刚度退化性能,并对未控和受控结构的位移和加速度响应进行对比分析,研究其减震效果。(6)磁流变减震结构优化分析基于遗传算法,采用不同的性能指标对阻尼器的安装位置进行优化分析,得到安装不同阻尼器数目、不同优化目标下磁流变阻尼器的最优布置方案;基于多级线圈磁流变阻尼器的阻尼力特性,提出了简便适用的多级线圈磁流变阻尼器分线圈控制策略,大大减小了磁流变阻尼器传统多态控制的时滞问题,并简化了控制器设计。本文的创新主要体现在:(1)基于磁偶极子理论提出了磁流变液双链密排微结构模型,可较好的描述磁流变液的剪切屈服应力随外加磁场的变化;(2)在磁流变液微观模型和多级线圈磁流变阻尼器磁场分布研究的基础上,通过对阻尼器进行流体力学分析,建立了多级线圈磁流变阻尼器微宏观力学模型;(3)基于空间杆系模型编制了未控和磁流变阻尼器受控空间框架结构的弹塑性时程分析程序,在此基础上对磁流变受控结构进行了位置优化分析,并提出了简便实用的多级线圈磁流变阻尼器分线圈控制策略。