冲击缓冲用磁流变阻尼器的响应特性模型与实验研究

针对冲击缓冲用磁流变阻尼器对快速性的要求,对其响应特性进行理论建模与实验研究。根据磁流变线圈电磁电路,建立了磁感应强度响应特性理论模型,并用频率测定方法确定了响应时间常数。通过实验测试了不同电流条件下磁流变阻尼器的磁感应强度阶跃响应,结果表明不同幅值的激励电流对磁感应强度的响应并无明显影响,获得上升阶跃平均响应时间常数为4.9 ms,下降阶跃平均响应时间常数为2.8 ms。建立了剪切屈服应力的二阶响应模型,并利用冲击实验台测试了冲击载荷下磁流变阻尼器剪切屈服应力的阶跃响应,通过模型拟合获得响应时间常数为4.8 ms。实验结果表明剪切屈服应力二阶模型能较好地吻合实验响应曲线,说明该模型能够较准确地描述冲击条件下磁流变阻尼器的响应特性。     

颗粒包覆厚度对磁流变液性能的影响

为了研究磁性颗粒包覆厚度对磁流变液性能的影响,通过改变水溶液中聚乙烯醇的浓度来获取不同包覆厚度的磁性颗粒,以此配制磁流变液;对包覆颗粒的表面形貌、粒径及静磁性能进行表征,并测试不同包覆厚度的磁性颗粒制备的磁流变液的零场黏度、剪切屈服应力和沉降稳定性性能。结果表明:颗粒包覆厚度对磁流变液的零场黏度影响不大,对剪切屈服应力影响作用由弱到强再减弱;包覆层厚度增大,大颗粒团聚物更易形成,导致磁流变液沉降稳定性降低。     

非圆形磁性颗粒对磁流变脂剪切应力的影响及其计算模型研究

磁流变脂是继磁流变液和磁流变弹性体之后,又一个具有巨大发展潜力的磁流变智能材料。参照作者提出的圆形颗粒的建模过程,建立了非圆形磁性颗粒磁流脂的剪切应力模型,并以六边形磁性颗粒磁流变脂为例,推导出六边形磁性颗粒磁流变脂剪切应力公式。该模型对半径和边长相同时剪切屈服应力与磁场强度的关系,体积相同时剪切屈服应力与磁场强度的关系,零场下的剪切力应力进行了模拟计算。结果表明同体积下的非圆形磁性颗粒磁流变脂的剪切应力比圆形磁性颗粒磁流变脂大,且随接触边长的减少剪切应力亦减少,但都比圆形磁性颗粒磁流变脂的剪切应力大。即使零场条件下,非圆形磁性颗粒磁流变脂的剪切应力比圆形磁性颗粒磁流变脂大,说明球形磁流变液不是最佳选择。所以,非圆形磁性颗粒的磁流变脂机理研究对高性能磁流变液制备及其应用具有极其重要的指导意义。     

磁流变液流变机理的三维动态仿真分析

针对磁流变液(MRF)的流变机理不明和剪切致稀原因不清的问题,分析磁流变液中软磁性颗粒的受力特点,建立偶极子微观力学模型和三维动态仿真模型,进行磁流变液成链过程与剪切过程的三维动态模拟以及响应时间的仿真分析,直观而形象地描述磁流变液的流变机理和剪切致稀现象形成的原因。仿真结果表明:在剪切作用下,链状结构的破裂是导致剪切致稀的主要原因;磁流变液的响应时间与铁磁颗粒的体积分数成反比。     

磁流变胶泥磁致流变学行为微观动力学模型研究

针对磁流变胶泥材料在外加磁场作用下悬浮相内磁相互作用机理和材料设计参数不确定的问题,根据磁流变材料微观偶极子理论,建立铁磁颗粒在磁场中的平板单链模型,结合链与磁场夹角之间满足指数分布的规律,得出了磁流变胶泥材料剪切屈服应力的理论表达式;根据磁流变胶泥材料的实验数据,对理论分析模型进行了修正,使模型能更好地预测不同影响因素下的剪切屈服应力值;对磁流变胶泥剪切屈服应力与铁磁颗粒、质量分数、基体粘度等因素进行分析,为高性能磁流变胶泥材料的设计、制备提供理论指导。     

磁流变弹性体基于卡方分布的磁偶极子模型

为了精确描述磁流变弹性体的磁致效应,从而使磁流变弹性体应用于工程实际,基于磁偶极子理论,结合铁磁颗粒在磁流变弹性体中的分布特点,引入分布参量n,假设相邻铁磁颗粒的间距满足卡方分布,提出基于卡方分布的磁偶极子模型,推导了磁致剪切模量的表达式。该模型弥补了"均匀分布"假设的不足且形式简单,适于工程应用,同时可以精确反映出各因素对磁流变弹性体磁致效应的影响规律,其中分布参量和外加磁场强度是影响磁致效应的关键因素。     

磁流变液微结构的实验观测

磁流变液(MRF)的力学性能与其微结构密切相关,而其微结构的形成与演化受多种因素的影响。研究了静磁场和剪切作用下磁流变液微结构的形成与演化。在静磁场作用下,分析了颗粒体积分数和磁感应强度对其微结构的影响;在剪切作用下,观测了微结构的动态演化过程。实验结果表明,在相同磁感应强度下,随着颗粒体积分数的增加,通链数目逐渐增多,孤立链减少,且由相互独立的单链转变为相互聚集的束链,在相同颗粒体积分数下,随着磁感应强度的增加,颗粒链的间距增大,链的聚合度明显提高;在剪切过程中,成功地捕捉到了磁流变液颗粒链从形成→拉伸→断裂→重组的动态演化过程,当该过程达到动态平衡时,为磁流变液提供了稳定的抵抗宏观剪切的能力。     

杆形颗粒磁流变液的剪切屈服应力模型

杆形颗粒磁流变液是新近出现的新型磁流变液,它比传统磁流变液具有更好的性能.基于磁力学理论,通过分析磁化链中杆形颗粒的受力,包括磁力、压力、摩擦力及磁场对颗粒的力矩等,建立了磁流变液的剪切屈服应力模型,并和球形颗粒磁流变液加以对比,发现杆形颗粒磁流变液具有更高的屈服应力.计算结果和实验数据的比较表明,该模型能描述不同磁场...     

磁流变阻尼器的力学设计及试验研究

在反映磁流变液剪切稀化(稠化)特性的Hersehel-Bulkley模型的基础上对双粘性滞回本构模型进行修正,根据液体准静态平板流动方程,得出了磁流变液在环形阻尼通道内的速度分布函数,推导出磁流变阻尼器阻尼力计算公式.在给定阻尼器活塞速度情况下对磁流变阻尼器的阻尼力进行理论计算预测;设计并制造了小型的磁流变阻尼器样机,对其进行试验测试,测试结果表明理论模型与设计方法可行.     

基于有限元计算的磁流变液特性分析及其与基于磁偶极子模型结果的比较

采用ANSYS有限元软件,计算了磁流变液单链在剪切过程中的力学特性,并以此为基准分别与基于简化偶极子模型和基于不简化偶极子模型的结果进行了比较。结果表明,简化偶极子模型在描述磁流变液力学特性方面具有较高的精度,但由其得到的剪切屈服应力略低于有限元计算结果。这对于改进偶极子模型以建立磁流变液性能更精确快捷的多层次描述方法,进而设计高性能磁流变液具有重要的意义。     

考虑温度因素的磁流变减振器的优化设计与实验

磁流变(Magneto-rheological简称MR)减振器在运行过程中,会出现阻尼力随温度升高而下降的现象,为了在不同温度下都能输出足够的阻尼力,在结构设计时考虑温度因素至关重要。为此,本文引入了评价系数,对较高温度下MR减振器是否有能力能够输出足够的阻尼力进行衡量,并与MR减振器的最大阻尼力和动态范围作为优化目标。利用有限元方法获得了工作区域的磁感应强度,并采用响应面法建立二阶预测模型描述了磁感应强度与结构参数之间的非线性关系;结合非支配遗传算法(Non-dominated sorting genetic algorithm II,NSGA II)对MR减振器的进行了多目标优化设计,根据优化结果制造了磁流变减振器,并进行了试验测试,验证了设计方案的有效性。     

基于有限元方法的磁流变阻尼器性能的仿真研究

研究了采用ANSYS有限元仿真工具对磁流变(magnetorheological,MR)阻尼器性能进行仿真预估的方法.针对具有相对位移自传感功能的磁流变阻尼器,通过对其二维静磁场有限元模型的仿真分析可以得到阻尼通道区的磁场分布.借助有限元仿真分析结果和磁流变阻尼器混合工作模式的阻尼力学模型,建立了基于MATLAB/SIMULINK工具的磁流变阻尼器的性能预估仿真模块,可以获得阻尼器的阻尼力特性.     

磁流变液阻尼器用于振动控制的理论及实验研究

磁流变液阻尼器作为一种可调阻尼元件,具有控制方便,响应迅速、能耗小、结构简单等特点,在振动控制领域有广泛的应用前景,本文分析了磁流变液阻尼器的四种非线性模型,从理论和实验两方面研究了磁流变液阻尼器在一种振动控制装置中的应用,理论分析和实验表明：磁流变流阻尼器随着控制电流的加大,施加于磁流变液的磁场加强而控制效果更加明显;磁流变液阻尼器在施加控制电流时反应迅速,且在低频时具有显著的振动控制效果。     

A design and modelling review of rotary magnetorheological damper

The trend and progress in rotary magnetorheological (MR) damper development is currently not as extensive as the advancement of linear MR damper, despite the fact that it has several comparative advantages. A rotary MR damper offers substantial weight reduction and design compactness thus requiring smaller space than a linear MR damper for device installation. In addition, a rotary damper also utilizes a smaller quantity of MR fluid, which is a significant contribution for cost reduction. In this paper, an overview of recent advances in rotary MR damper are presented, in terms of different proposed concepts of structural design, magnetic circuit configuration, and modelling techniques. The review separates rotary MR damper design into two categories, namely continuous angle and limited angle dampers. Issues regarding device endurance, ease of manufacturing and maintenance and controllability are particularly highlighted.     

两种全通道有效磁流变阻尼器的设计及性能分析

传统磁流变(MR)阻尼器活塞需缠绕励磁线圈,因此阻尼通道1/2以上长度为无效长度,影响阻尼器的最大出力.针对上述问题,提出了两种磁路结构改进方案,根据改进的磁路结构,结合磁场有限元分析,完成了两种阻尼器的结构设计和磁路设计,并采用Binglaam平板模型对两种阻尼器出力状况进行预估,得到了阻尼器工作状态下的力-速度曲线,并比较了其性能.结果表明:改进的磁路结构切实可行,两种阻尼器与同尺寸传统MR阻尼器相比,提高了阻尼通道的有效长度,较好地实现了全通道有效,最大出力提高一倍以上;方案-阻尼器的阻尼力可调范围较大,方案二阻尼器在最大出力、防沉降性能和故障安全性能方面更具优势.     

升船机地震鞭梢效应基于神经网络预测的MR智能半主动控制

磁流变（MR）智能阻尼器是利用磁流变液产生阻尼力的半主动控制装置，该装置具有机械构造简单，动力范围宽广，只需要较小的能量输入就能产生大的输出力，因此被证明能有效运用于土木工程结构来抵抗强烈地震和强风。但是由于磁路材料、线圈结构、控制电源等因素的影响，使得MR阻尼器存在明显的磁迟效应。目前，应用MR阻尼器作为控制装置的研究中对磁迟效应考虑较少。神经网络具有很强的自适应性和处理非线性问题的能力，能够对难以用数学方法描述的非线性对象进行精确预测和建模。运用神经网络来预测MR阻尼器的力学性能，通过对未来时刻输出力的精确预测来弥补磁迟效应所耽搁的时间，在此基础上实现基于神经网络预测的MR智能半主动控制。应用提出的方法来控制三峡升船机屋盖MR智能隔震系统以减小顶部厂房的地震鞭梢效应，仿真计算结果表明：神经网络预测能很好的解决MR阻尼器的磁滞效应对控制带来的不利影响，升船机顶部厂房层间位移和柱底弯矩均有明显的减小，能有效抑制升船机顶部厂房的地震鞭梢效应。     

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。     

双筒磁流变阻尼器动力学特性研究

对双筒磁流变阻尼器进行动力学实验和实验数据分析,基于Bingham塑性模型建立了双筒磁流变阻尼器的力学模型。模型公式中各项与理论相对应,具有清晰的物理意义,各参数的物理量可以根据实验数据确定,其表达形式易于实际控制器设计和磁流变阻尼器的结构设计。通过对不同电流、不同加速度下磁流变阻尼器的动力学实验,验证了磁滞现象与加速度有关。     

阻尼力双向调节磁流变阻尼器的性能测试与滞回模型

基于概念设计和理论分析,制作了4个阻尼力双向调节磁流变阻尼器的模型,并测试了模型阻尼器在不同输入电流状态下阻尼通道内的磁场分布以及力-位移和力-速度等性能曲线;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:模型阻尼器的磁路结构能够较好地实现阻尼力的双向调节,且阻尼通道内的磁场分布基本满足设计要求;模型阻尼器在零、最大正向和最大负向电流状态分别实现中等出力、最大出力和最小出力,且零电流状态的中等出力既能保证阻尼器的故障安全性能,又能防止磁流变液沉降;所建立的滞回模型简单、实用,且精度高。     

Design of magnetorheological damper with a combination of shear and squeeze modes

Magnetorheological (MR) damper is a semi-active suspension device that uses MR fluid to produce controllable damper. The mechanical properties of the suspension can be controlled by adjusting the yield stress of MR fluid. This paper presents the design of a new concept for MR damper with a combination of shear and squeeze working modes. Finite Element Method Magnetics (FEMM) was utilized to simulate the magnetic field generated by electromagnetic coils in MR damper. The MR damper was designed and fabricated according to the simulation results. The experimental tests were performed under quasi-static loading in three different conditions; shear mode, squeeze mode and combination of both modes. The results showed that the mixed mode MR damper has produced a unique damping characteristic where in general, a higher damping force has obtained in mixed mode than single mode.