試驗流程設計

就半主動控制的本質而言，視屬於被動控制裝置，但卻可藉由主動控制的觀 念來改變其阻尼係數；簡而言之，就是半主動控制的控制行為是可以即時被改變 的，也就是因為半主動控制具有如主動控制一樣有一回饋的過程，需施予伊控制 命令。

本研究的重點在液流阻尼器的特性分析，故對於試驗我們儘可能將液流阻尼 器所有可能的調整設置作一測試，以期能全盤了解此阻尼器在不同狀況下的特性 表現。

根據此液流阻尼器的裝置，我們訂出試驗的三大方向：

一、油路流通面積的影響：在過去的研究中可知，液流阻尼器的阻尼力是藉由內 含液體通過流通面積更小的管路產生，因此，我們有興 趣的是：油路的面積改變，會造成液流阻尼器行為上何 種變化，阻尼係數與勁度係數會會產生什麼樣的關係。

我們將利用微調控制閥手動來改變分流管的油路流通 面積，分全開、二轉及四轉，代表著油路流通面積 100

％、60％與 20％的情形。

二、電磁伺服閥操作的影響：由於此液流阻尼器設有電磁伺服閥，可經由改變電 壓來改變油管流通面積，因此，我們嘗試改變小幅度的

電壓(5V~20V)來測試是否阻尼器的特性亦能做小幅度 的改變，即對其特性的微調能力作一試驗。另外，針對 電磁伺服閥的即時性我們亦作一組試驗，藉此了解電磁 伺服閥的控制性，以便往後可進行動態的液流阻尼器特 性控制。

三、振動頻率及振幅的影響：為了模擬不同的地震或外力，我們針對不同幾組頻 率的輸入來模擬不同頻率的外力，在每種類試驗下皆改 變制動器振動頻率，並且在試驗中振幅上又分別採取 20

㎜與 40 ㎜兩種，如此可模擬出不同地震下液流阻尼器 的行為，進而觀察其本身特性是否有所改變。最後依所 設計的試驗重點進行表 4-2-1 所示之試驗。

在儀器操作方面，由於微調控制閥與電磁伺服閥皆可控制分流管，所以在試 驗時應單就一個閥控制，即電磁伺服閥全開控制微調控制閥，或微調控制閥全開 控制電磁伺服閥，如此可避免交互作用出現設計之外的試驗資料，使資料分析不 易。

第五章 實驗步驟與結果分析

5.1 試驗說明

本研究於交通大學土木結構實驗室進行試驗，使用 1.5 噸之制動器、I 型鋼 樑、試驗平台及一伺服控制液流阻尼器，由 Load Cell 及 LVDT 量測數據，並由 筆記型電腦紀錄試驗數據(力與位移)。

制動器是由 MTS 所驅動，而 MTS 又由油壓控制器(圖 4-1-6)所操作，試驗時，

改變油壓控制器上電腦程式的相關係數，使致動器給予一正弦波(Sine Wave)的 振動型態輸入系統之中，根據系統輸出及資料量測結果，推求本液流阻尼器其基 本參數性質。

資料擷取間隔為 0.005sec 收集一點，試驗時，依表 4-2-1 之不同組別改變控 制閥及振動頻率。每一組作用 40 秒的正弦波運動，並取得適當資料作為分析使用。

5.2 試驗步驟

由於致動器出力大，所以在裝設實驗儀器的過程，應當非常的小心，試驗時 尤其應該遵循以下步驟，否則容易造成儀器損壞，甚至造成人員危險。

1. 先檢查各個 MTS 油閥是否關閉，再將欲使用的機組油閥開啟；

2. 打開控制電腦及軟體，開啟訊號轉換器之電源，並將 MTS 開至 low；

3. 將資料收集系統及 MTS 系統相關之線路接上，並完成訊號及控制器之所有設 定；

4. 再一次確定裝置沒錯，可將 MTS 調到 high，並將活塞推至行進中間；

5. 調整活塞移動並用尺量側位移量，檢查是否與電腦之數據相符；

6. 計算試驗裝置最長及最短之縱向長度，致動器之最大行程設定為±140 mm ，本 實驗設計阻尼器之最大行程為±80 mm，再將實驗台置於適當位置，以確保阻尼

器能安裝上去，並設計實驗可行走的適當範圍；

7. 使用 MTS 控制軟體，選定所要測試的波型、頻率、振幅、要測試的次數，再選 擇頻率，按測試鈕開始測試；

8. 按照設計的組別，進行不同的性能測試，將收集之資料記錄並存檔；

9. 待儀器試驗完成，將油壓機關閉；

10.關閉控制軟體、關閉控制電腦，清理場地；

11.將所得之資料分析處理、繪圖討論之。

5.3 試驗結果

一、摩擦力：由圖 5-3-1~圖 5-3-28 看出在阻尼器受力不大時可以明顯看出看出 一摩擦力的存在，其值約為 15kgw，因此當阻尼器受力超過±15kgw 時才能將 其特性展現出來，由圖 5-3-10~圖 5-3-14 可看出當受力超過摩擦力後，遲滯 迴圈開始呈橢圓狀，這與我們假設的 Bingham Model 十分吻合，而當阻尼器 受力遠大於摩擦力時，試驗數據則不會受到摩擦力影響，因此我們在進行試 驗數據分析挑選摩擦力影響較小的組別。

二、 溢流閥：本液流阻尼器設有溢流閥，以防止壓力過大，可由圖 5-3-38~圖 5-3-40 及圖 5-3-55~圖 5-3-64 中看出，當阻尼器受力到達約±600kgw 時，溢 流閥開啟，阻尼器內的油改由溢流閥通過，壓力不再上昇。

三、數值模擬：試驗數據之模擬必須去除摩擦力影響過大以及溢流閥釋放壓力的 組別，如此才能符合我們原先假設之 model，模擬之結果如圖 5-3-65~圖 5-3-81；我們可由模擬結果看出所假設的 Bingham Model 在遲滯迴圈兩端有 很好的準確度，但在位移越接近零也就是遲滯迴圈的中間部分卻不太吻合，

出現頸縮的現象，依照我們所假設之 Model 應是呈一飽滿橢圓，而試驗數據 卻是呈一骨頭狀或花生狀。

四、微調控制閥：微調控制閥可調整旁通管之油路流通面積，本試驗設計了三種 不同油路流通面積分別為：全開(100％)、二轉(60％)、四轉(20％)。在力方 面，油路流通面積越小，在相同頻率及振幅下產生的阻尼力越大；在遲滯迴 圈方面，油路全開(100％)的 B 組保持著飽滿的橢圓形，在遲滯迴圈中間部分 有出現微微頸縮的情形，而在二轉(60％)的 D 組頸縮的情況較為明顯，但遲 滯迴圈仍然維持飽滿橢圓形，此兩組經數據分析後，可以明顯看出當油路流 通面積縮小時，會造成液流阻尼器的阻尼值與勁度值上升(圖 5-3-87)；在四 轉(20％)的 F 組由於阻尼器受力已超過溢流閥設計壓力，所以力是上升到±

600kgw 後呈水平走勢，此與設計相符。

五、電磁伺服閥：電磁伺服閥透過改變輸入電壓的不同來控制油路流通面積，輸 入電壓越小油路流通面積亦越小，本試驗試驗了 20V、15V、10V 及 5V，由試 驗結果中可看出當電壓輸入越小阻尼器受力越大，意即油路流通面積越小阻 尼器受力越大，此與微調控制閥部分相符；由於在輸入電壓降至 10V 時阻尼 器受力已達溢流閥設計壓力，因此 I 組與 J 組皆有類似 F 組的遲滯迴圈，其 中 J 組在 0.2Hz 時已達溢流閥設計壓力，而 I 組則是在 0.6Hz 時才到達，說 明了 J 組受力是比 I 組大的，亦證明輸入電壓越小阻尼器受力越大； G 組與 H 組可透過分析試驗數據看出(圖 5-3-94)，輸入電壓越小則阻尼值與勁度值 皆有上升，即阻尼力上升；從試驗數據亦可看出電磁伺服閥的控制並非呈一 線性系統，輸入電壓與阻尼器受力的關係在 10V 時有很大的變化。

六、電磁伺服閥的即時性：電磁伺服閥透過改變輸入電壓的不同來控制油路流通 面積，若結構遭遇地震或外力則可經由電磁伺服閥即時的改變輸入電壓來達 到需要的阻尼力，故我們對電磁伺服閥的即時性作一試驗，由手動改變輸入 電壓，觀察阻尼器行為是否及時改變。試驗之電壓改變歷時與阻尼器受力歷 時如圖 5-3-95、圖 5-3-96，可明顯看出當電壓的輸入改變而阻尼器立刻做出 反應，即時性可說是非常良好；而各段不同電壓輸入下阻尼器的行為又與各 個固定電壓輸入之試驗相符，如此可知，阻尼器的電磁伺服閥控制行為不會 因「即時」而有所改變或不穩定。

七、振動頻率：為了模擬不同的外力輸入，我們在每組不同設置的試驗皆再改變 致動器的振動頻率，由 0.2Hz~1.4Hz 每隔 0.2Hz 為一單位，即有 7 種不同的 振動頻率，由每組試驗的遲滯迴圈比較圖(圖 5-3-97~圖 5-3-106)中可看出，

頻率的上升造成阻尼器受力變大，而試驗數據分析顯示(圖 5-3-87、圖 5-3-94)：頻率的上升對勁度值影響較大，頻率越高則勁度值越高，而頻率改 變對阻尼值改變不多近似一定值。

八、振動振幅：為了模擬不同的外力輸入，我們設計了三組小振幅(20 ㎜)的試

驗，頻率一樣由 0.2Hz~1.4Hz，而由微調控制閥控制油路流通面積全開(100

％)、二轉(60％)及四轉(20％)。由圖 5-3-1~圖 5-3-40 可看出，振幅小阻尼 器受力亦小，A 組與 C 組中受力都接近 15~20kgw 所以受摩擦力影響很大，其 中 A 組在 1.4Hz 時受力還是在±20kgw 左右而 C 組則是有超過±40kgw，由此可 知改變油路流通面積可影響阻尼器行為，與前面提及的試驗結果相符；而頻 率方面，頻率越高則阻尼器受力越大，且遲滯迴圈越趨陡斜，即勁度的效應 越來越明顯。

5.4 討論

一、在每組試驗，我們給予液流阻尼器 40 秒的正弦波位移震動，由各組試驗遲滯 迴圈圖形的一致性可看出此液流阻尼器運作很穩定，不會因時間長短而使遲 滯迴圈出現變化，這表示液流阻尼器的特性與效能僅與儀器的設定有關，若 往後長時間裝設於結構中亦能有穩定的表現。

二、由試驗的遲滯迴圈我們可了解，此液流阻尼器的表現並非純黏滯性阻尼，而 是呈黏彈性阻尼的行為，即阻尼器本身包含了阻尼力與勁度力交互作用，阻 尼力由液體流經分流管而產生，勁度力則可能由活塞軸承與液體彈性提供。

三、由遲滯迴圈我們可發現阻尼器有一摩擦力約 20kgw，此摩擦力可能為阻尼器 套筒與活塞之介面產生，由於套筒與活塞勢必相接觸，此摩擦力無可避免。

三、由遲滯迴圈我們可發現阻尼器有一摩擦力約 20kgw，此摩擦力可能為阻尼器 套筒與活塞之介面產生，由於套筒與活塞勢必相接觸，此摩擦力無可避免。