Page 247 - 《振动工程学报》2026年第2期

第 2 期 吕 杨，等：高竖向承载力 MRE 隔振支座力学性能试验研究 563

性。任伟 [15] 将叠层型 MRE 隔振支座应用于结构振 各向异性的 MRE 材料。

动控制中，其具有半主动控制的优点，且在控制失效
1.2 支座结构设计
的情况下，仍能以被动控制的方式对结构提供保护，
大大提高了结构的安全性。马伟佳 [16] 设计制作了一 如图 2 所示为 MRE 支座的混合磁路系统，绿色
种 负 刚度 MRE 隔 振 支 座 ， 试 验 结 果 表 明 ， 该 支 座 闭环为永磁体产生的磁路，黄色环为电磁线圈产生
具 有 负 刚 度 和 负 阻 尼 特 性 。HWANG 等 [17] 研 究 了 的可调磁路。如图 2（a）所示，当施加正电流时，励磁
MRE 基础隔震系统，结果表明，地震作用下 MRE 隔 线圈产生与永磁场相反的电磁场，电流持续增加，混
震系统较传统隔震系统更显著降低结构地震响应。 合磁场的强度将持续减小至 0。相反，如图 2（b）所

LERNER 等 [18] 设计了剪切、压缩和挤压三种类型的 示，施加负电流时，永磁场和电磁场同向，MRE 橡胶
MRE 减振装置，结果表明，挤压模式下 MRE 减振器 层刚度随之增加，直至达到磁饱和。
频移范围最大。USMAN 等 [19] 对采用 MRE 的智能隔
振系统进行了数值分析，结果表明，该隔振系统能更 · ·
有效地降低结构地震响应。
在实际应用中，MRE 支座需要承载上部结构重
量，随着竖向荷载的逐步增加，支座容易发生整体屈 (a) 正电流 (b) 负电流
(a) Positive current (b) Negative current
曲变形，极限变形能力呈递减趋势。特别是在受到
图 2 混合磁路系统
双向压剪力的作用时，竖向荷载将显著降低支座水
Fig. 2 Hybrid magnetic circuit system
平变形能力。因此，有必要增加支座竖向承载能力，
提高其负重下的水平力学稳定性 [20] 。本文设计了一 隔震是通过隔振支座延长结构的周期，降低结
种高竖向承载力 MRE 支座，支座通过 8 根竖向连杆 构地震反应，这就要求隔振支座在较大的水平变形
承担竖向荷载，以永磁铁提供初始磁场，实现支座剪 和竖向压力下保持稳定。叠层橡胶支座的竖向承载
切刚度双向可调。对支座开展不同频率、幅值、电 力 W 可通过下式计算得到：
流和配重下的力学性能试验，分析了支座剪切力、 W = AGS 1 γ w （1）
等效刚度、等效阻尼和阻尼比等力学性能。 式中，A 为 MRE 片的有效受荷面积；G 为橡胶的剪切

模量；S 1 为叠层橡胶支座的第一形状系数； γ w 为重力
1 支 座 设 计 所引起的剪切应变。
形状系数 S 1 的表达式为：

1.1 MRE 制备 S 1 = d （2）
4t 1
制作磁流变弹性体的材料为硅油、硅橡胶和羰 式中，d 为橡胶层直径； t 1 为橡胶的层厚。
基铁粉，三者分别采用国药集团二甲基硅油、道康 图 3 展示了支座在达到最大剪切变形时的有效
宁 PDMS DC184 硅橡胶和北京兴荣源公司羰基铁粉， 受荷面积，设计时最大允许位移应小于 0.55d。结合
三者的密度分别为 0.96 g/mL、1.05 g/cm 和 3 7.86 g/cm 。 图 3 与式（1）和（2）可以计算出，在设计最大剪切位
3
硅 油 和 硅 橡 胶 的 质 量 比为 1∶1， 铁 粉 体 积 分 数 为 移为 12 mm 时，当磁场强度从 0 增加到 0.7 T，支座的
27%。鉴于各向异性磁流变弹性体较各向同性磁流 最大竖向承载能力在 77~102 kg 之间。
变弹性体具有更优异的可调性能 [21] ，本文制作各向
受荷面积 受荷面积
异性磁流变弹性体。
制作流程如图 1 所示，先将 15 g 硅油和 85 g 羰
基铁粉混合搅拌 5 min，使硅油充分润湿铁粉，再加 A A
入 15 g 硅橡胶和 1.5 g 固化剂混合搅拌 30 min 后，将
放置混合物的模具置于励磁机中施加磁场，同时将
磁流变弹性体加热到 100℃ 恒温固化 3 h，即可得到 图 3 MRE 支座受荷面积
Fig. 3 Loading area of the MRE isolator
铁粉 硅油 橡胶 抽真空 磁场
为了提高支座的竖向承载力，在薄壁圆筒结构
搅拌
外围设置 8 根竖向连杆，连杆下部被焊接于支座下
底板，上部栓接万向铰并支撑在上底板的滑槽内。

图 1 各向异性 MRE 制作流程图 可根据实际工况选择适宜的万向铰型号，本文采用
Fig. 1 Anisotropic MRE production process 的 万 向 铰 承 载 能 力为 50 kg， 在 钢 筒 周 围 均 匀 配 置