磁流变液阻尼器响应时间的试验研究及其动态磁场有限元分析

摘 要：首先,试验测试了不同速度和电流变化下,大吨位磁流变液阻尼器的响应时间;然后,对激励电流变化时阻尼器的磁场变化进行了有限元模拟,基于阻尼器间隙内磁流变液剪切屈服强度的变化考察了阻尼器的响应时间,并与试验数据做了比较。最后,研究了涡流和阻尼器电磁回路中电流响应时间对阻尼力响应时间的影响。结果表明,可以用有限元模拟得到的间隙内磁流变液的平均有效剪切屈服强度的时程曲线来研究磁流变液阻尼器的响应时间;电磁响应时间是阻尼力响应时间的决定因素,减小阻尼器中的涡流是缩短磁流变液阻尼器响应时间的重要途径;电流下降时涡流对阻尼器磁路的影响要大于电流上升的情况;无论是上升还是下降,电流初值越小,涡流对阻尼器磁路的影响越大,阻尼力响应时间也越长。研究还表明,缩短电流的响应时间,会带来更大的涡流,并不一定能缩短阻尼力的响应时间。     

多级蜿蜒磁路式磁流变阻尼器的设计与分析

为了改善磁流变阻尼器的阻尼特性,设计了一种多级蜿蜒磁路式磁流变阻尼器。该磁流变阻尼器通过导磁环和阻磁环的堆叠来引导磁感线的走向,迫使磁感线数次穿过磁流变阻尼器的节流通道,提高了节流通道的利用效率。建立了考虑磁流变液非线性流动特性的数学模型,并通过有限元方法进行了磁路分析,进而对所设计的磁流变阻尼器的特性进行预测。将所设计的磁流变阻尼器的阻尼特性与具有相同体积的传统磁流变阻尼器进行了比较,包括可控阻尼力、等效阻尼和动态范围。结果显示在正弦激励速度为0.125m/s,并通入2.0A电流的情形下,所设计的磁流变阻尼器的最大可控阻尼力为11 000N,约为传统磁流变阻尼器的2.3倍。此外,所设计的磁流变阻尼器并没有使零场情形下的阻尼力增大。所设计的磁流变阻尼器具有优良的阻尼性能,适用于广泛的工程减振应用。     

多环形槽结构磁流变阻尼器的实验建模

对自行设计的、多环形槽结构磁流变阻尼器进行了理论分析与实验建模.该阻尼器的主要特点是在阻尼活塞周向表面上开有若干个矩形齿状环形槽,并且通过磁路设计,使流经阻尼通道处的磁流变液流动方向与其作用的磁力线方向垂直,用以增大阻尼力和阻尼力变化范围.然后从磁流变液的流变特性、电磁学的角度出发,利用修正了的非牛顿流体宾汉模型、结合实验数据,建立了该阻尼器的力学模型.利用该模型绘制和分析了外加磁场(通过施加电流实现)和阻尼力之间关系曲线,与实验结果较好吻合,从而证明了模型的正确性,为磁流变液阻尼器设计和性能预测提供了参考.     

足尺磁流变液耗能器的性能与试验研究

磁流变液耗能器是新一代智能型耗能器,是实现半主动振动控制的理想元件。设计制作了基于土木结构振动控制的最大阻尼力约为180kN的足尺磁流变液耗能器,并试验研究了其阻尼力性能。试验表明,对于具有多励磁线圈的磁流变液耗能器,相邻线圈的电流异向时其最大电流下的阻尼力,远大于同向的情况。试验还表明,多线圈共同工作下耗能器所产生的最大阻尼力,远小于各线圈单独工作时阻尼器所产生的最大阻尼力的简单叠加,且线圈越多,减小的程度也越大。     

全通道有效磁流变阻尼器的性能测试与滞回模型

传统剪切阀式磁流变阻尼器在活塞上缠绕励磁线圈,导致1/2以上长度阻尼通道无效,影响阻尼器的最大出力。为了克服上述缺陷,在前期概念设计和理论分析的基础上,制作了2个全通道有效的磁流变阻尼器模型,测试了其在不同电流输入状态下阻尼通道处的磁场分布以及力-位移、力-速度等力学性能曲线,并通过对改进型Sigmoid模型的参数识别建立了模型阻尼器的动力滞回模型。研究表明,模型阻尼器阻尼通道处的磁场分布与有限元分析结果基本符合,其磁路结构可较好地实现全通道有效;全通道有效磁流变阻尼器的最大阻尼力比传统剪切阀式磁流变阻尼器的最大阻尼力提高一倍以上,阻尼力调节系数提高70%以上;改进型Sigmoid模型结构形式简单,识别精度高,可作为全通道有效磁流变阻尼器的动力滞回模型。     

一种可应用于小阻尼力领域的新型磁流变液阻尼器

在总结现有磁流变液阻尼器的结构形式和特点的基础上,提出一种可应用于地面小型机械结构或空间微重力环境下减振系统等小阻尼力领域的新型磁流变液阻尼器.对该新型磁流变液阻尼器进行结构设计、液体分析、磁路分析、力学分析、理论结果分析和误差分析,验证了它的有效性,说明它能够应用在小阻尼力领域,拓展了磁流变液阻尼器的应用范围.     

多阶段活塞式磁流变阻尼器的电磁线圈研究

分析磁流变阻尼器采用多阶段活塞式结构的优点,系统地研究磁流变阻尼器的电磁线圈特性。基于有限元软件构建磁流变阻尼器的仿真模型,分析得出在并联的电磁线圈中通入方向相反的电流,可以最大程度地提高磁路利用率。调整磁路中有效长度的分布和改变活塞齿槽断面为梯形结构,可以改善磁通的分布,确保整个阻尼通道内部的磁感应强度分布的均匀性。     

双线圈式磁流变阻尼器优化设计及减振特性试验研究

采用整体磁通路径规划与部件设计相结合的设计方法，得出一种基于挤压工作模式的双线圈磁流变阻尼器。阻尼器在设计形成闭合磁回路基础上，综合考虑磁场性质、磁路性质、阻尼器结构特征以及三者之间的相互作用和对磁回路的反馈作用，得出初始结构参数；采用模拟退火算法对关键参数进行多目标优化，使阻尼器综合性能达到最优，总结得出磁流变阻尼器的设计方法。通过多维度磁场测量实验台对油膜工作面处磁场进行测量，验证了不同激励电流下双线圈磁流变阻尼器的测量值与仿真值吻合性良好。最后，将优化后的双线圈磁流变阻尼器引入到转子系统中，搭建了磁流变阻尼器支承下转子实验台，进行磁流变阻尼器支承下转子系统不平衡响应试验，发现适合的电流作用下，磁流变阻尼器可为转子系统提供有效的阻尼，大幅抑制转子系统在临界转速附近的振动幅值；在过大的电流作用下，磁流变阻尼器的刚度效应起主要作用，其会限制磁流变阻尼器间隙中的油膜挤压作用，进而削弱磁流变阻尼器的阻尼效应。该研究为磁流变阻尼器的设计提供了一定的指导，并具有潜在的应用价值。     

剪切阀式磁流变阻尼器动态特性实验研究

介绍了剪切阀式磁流变阻尼器的结构和工作原理,基于平板模型得出了其阻尼力的计算公式。对自行研制的剪切阀式磁流变阻尼器的阻尼力、电流、位移、速度和频率等动态特性进行了实验研究。结果表明剪切阀式磁流变阻尼器的阻尼力随控制电流的增大呈非线性增加,阻尼力可调系数随电流变化连续可调。在相同振幅下,阻尼器的可调倍数随频率增大而降低,阻尼力随振动频率的增大而增大。通过深入分析该型阻尼器的动力特性,为其在车辆悬挂系统半主动控制中的应用奠定了基础。     

磁流变液温度特性研究

主要配制了温度稳定性能优异的磁流变液,并分析温度对磁流变液悬浮相、载液和添加剂的影响,研究了磁流变液的粘度-温度特性,该磁流变液在20～100℃温度范围内粘度稳定性能优良.测试了该磁流变液的阻尼器在不同温度下施加不同电流时的阻尼力特性,并初步探讨了磁流变液阻尼力的温度衰减性能.     

剪切型磁流变流体阻尼器--柔性转子系统动力特性的理论和试验研究

首先给出了剪切型磁流变流体阻尼器--柔性转子系统不平衡响应的试验结果,然后提出了磁流变流体阻尼器动力特性的一般模型,在基于Bingham流体模型的基础上从理论上研究了剪切型磁流变流体阻尼器--柔性转子系统的不平衡响应.理论结果虽与试验结果在定性上较为一致,但磁流变流体阻尼器的动力模型仍需改进.     

不同规格磁流变阻尼器的磁学与力学特性

结合试验数据与理论分析,从磁学与力学两种角度,分析了不同规格磁流变阻尼器的特点.研究表明:活塞杆与动密封圈之间的摩擦效应,导致设计具有大可调倍数的小阻尼器的难度远高于设计具有同样可调倍数的大阻尼器;对于一定阻尼力要求的磁流变阻尼器来说,存在着一个最优的直径范围;研究还表明,大吨位阻尼器工作会生成巨大的热量,必须考虑其散热系统.     

康复机用多片旋转型磁流变阻尼器研究

康复机是一种能自身产生阻尼力来抵抗人体施加的作用力,达到锻炼人员四肢力量的器械,已被广泛应用于医疗、大众健身等领域,其核心部件为产生可控阻尼力的阻尼器.磁流变液是一种将微米尺寸磁性颗粒混合在非磁性液体中形成具有诸多优良特性的浓悬浮液.而磁流变阻尼器是利用磁流变液做介质进行工作的一种智能阻尼器,它具有重量轻、响应快和能耗低等突出特点.将此阻尼器用于康复机的阻尼部件,能降低噪音、减少污染,延长使用寿命,并能实现阻尼力的连续可控调节.本文综合考虑了旋转型磁流变阻尼器工作片数、间隙、隔磁、散热及加工等诸多因素,研制出一种有效提高磁流变液工作效能和器件工作稳定性的阻尼器;并建立了研究该阻尼器主要动力特性的实验.实验结果表明,该阻尼器的阻尼力矩、力矩可控区间、工作稳定性等较单片型阻尼器均有较大幅度提高,散热性能有明显改善.     

磁流变液及其阻尼器的制备与性能研究

研究了一种新型MR液和MR阻尼器;用振动样品磁强计测试了MPS-MRF-25羰基铁粉的磁性能;用磁流变仪测试了MR液的表观粘度和磁致剪切应力;用静置沉降法分析了MR液的抗沉降稳定性;用电液伺服材料性能试验机测试了MR阻尼器的性能.结果表明MPS-MRF-25羰基铁粉具有优良的磁性能;以其制备的MR液具有较好的抗沉降稳定性和温度稳定性;MR阻尼器在2A电流下可以达到15kN的阻尼力.     

管式电涡流阻尼力的精确测量及阻尼器优化设计

采用紫铜管与磁铁制作了管式电涡流阻尼器,并提出了一种电涡流阻尼器阻尼力的精细化测量方法,消除了摩擦力和惯性力的影响,获得了精确的电涡流阻尼力。研究了阻尼力与电涡流阻尼器中磁级厚度、磁级间距、铜管与磁铁的相对速度等参数的关系;研究结果表明:提出的阻尼力测量方法可以准确地获得磁铁与铜管相互作用的阻尼力时程;阻尼器的阻尼系数随磁级厚度、磁级数的增加而增大,随磁级间距的增大表现出先增大、后减小的趋势;电涡流阻尼器近似为理想的黏性阻尼器,并且其阻尼系数与磁级数也近似成正比。通过引入阻尼系数效率值作为评价指标,获得了管式电涡流阻尼器的磁级厚度和磁级间距的最优值,可为电涡流阻尼器的优化设计提供参考。     

基于预瞄技术的汽车磁流变半主动悬架控制方法

在综合利用磁流变减振器控制电流与输出阻尼力的关系、以及轴距预瞄控制技术的基础上,提出汽车磁流变半主动悬架预瞄控制方法,通过理论分析和计算机仿真,研究在不同行驶速度下汽车磁流变半主动悬架动态性能,实验表明,该法具有提高悬架系统的控制性能,使悬架承受的冲击响应小、振动强度低和汽车行驶平顺性好等特点.