Halbach阵列板式电涡流阻尼单元参数分析与优化设计

来源：中国血液净化杂志2023年第7期北京时间：

作者：黄智文, 蒲怡达, 张弘毅, 华旭刚, 陈政清

单位：1. 湖南大学 风工程与桥梁工程湖南省重点实验室, 湖南 长沙 410082;2. 湖南大学 振动与冲击技术研究中心, 湖南 长沙 410082"],"fundList_en":["Natural Science Foundation of Hunan Province (2020JJ5061); National Natural Science Foundation of China (51808210)

摘要：为了提高板式电涡流阻尼单元的耗能效率，在板式电涡流阻尼单元中引入了Halbach永磁阵列，并开展了参数分析和优化设计研究。首先制作了一个Halbach阵列板式电涡流阻尼单元，并通过试验验证了采用三维电磁有限元分析计算其阻尼系数的可靠性。然后基于三维电磁有限元分析方法，研究了永磁体厚度、磁极数、磁极对数、极长比及永磁体背铁对Halbach阵列板式电涡流阻尼单元阻尼系数的影响。最后提出了二维电磁有限元分析与MATLAB遗传算法相结合的板式电涡流阻尼单元永磁阵列参数优化方法，并通过算例分别对有背铁Halbach阵列、无背铁Halbach阵列、垂向极化阵列和纵向极化阵列等4种方案进行了优化设计。研究结果表明：在一定范围内增加永磁体厚度能显著提高Halbach阵列板式电涡流阻尼单元的阻尼系数；在永磁体阵列总长度不变的情况下，阻尼系数随着Halbach阵列磁极数量的增大而增大，但增速逐渐减慢；设置永磁体背铁可提高Halbach阵列板式电涡流阻尼单元的阻尼系数，但永磁体厚度较大或磁极数较多时，其影响逐渐减弱；存在最优极长比使阻尼系数最大，其中有背铁时约为0.65，无背铁时约为0.5。针对优化设计算例，从耗能能力来看，有永磁体背铁的Halbach阵列大于垂向极化永磁体阵列大于无永磁体背铁的Halbach阵列大于纵向极化永磁体阵列；通过参数优化，可大幅提升板式电涡流阻尼单元的耗能能力。

关键词：桥梁工程,振动控制,参数优化,电涡流阻尼器,Halbach阵列

基金资助：湖南省自然科学基金项目（2020JJ5061）；国家自然科学基金项目（51808210）