多孔泡沫金属磁流变液阻尼器设计及力学性能研究

磁流变液阻尼器的力学性能直接决定了其应用范围。目前的磁流变液阻尼器主要集中于大阻尼力的减振,而对于阻尼力范围较小的应用较少。对此,根据多孔泡沫金属材料的特性,论文设计了一种多孔泡沫金属磁流变液阻尼器,分析了其工作原理,并利用搭建的性能测试系统对其力学性能影响因素进行了研究。结果表明:该多孔泡沫金属阻尼器可用于小阻尼力方面的减振,而且其他条件相同时,采用泡沫金属铜产生的阻尼力比采用泡沫金属镍的阻尼力大,为磁流变技术的推广应用提供了新思路。     

一种列车垂向磁流变减振器结构优化设计方法

阻尼器是列车减振降噪的关键设备,良好的阻尼器可以显著提高列车乘坐的舒适性。提出了一种基于列车整车阻尼比与磁流变阻尼器出力模型的优化设计方法。将列车模型简化为单自由度系统,使用阻尼比公式计算列车模型垂向减振磁流变阻尼器的最大阻尼力。以最大阻尼力为优化性能约束条件,以使磁流变阻尼器的可调范围最大为目标值,使用Matlab优化工具箱得到磁流变阻尼器的结构参数。以某型列车模型为例,优化设计了用于此模型垂向减振的磁流变阻尼器的参数,证明了方法的可行性。     

内置阀式磁流变阻尼器结构设计及阻尼性能研究

针对目前磁流变阻尼器结构受限时输出阻尼力过小的不足,设计了一种内置阀式磁流变阻尼器。该新型磁流变阻尼器采用内置式磁流变阀代替了目前常用的阻尼器活塞头结构;内置阀液流通道由圆环轴向流、圆盘径向流及小孔流构成。通过控制内置阀产生的压降来控制阻尼器的输出阻尼力。阐述了内置阀式磁流变阻尼器的工作原理,推导了阻尼器可控阻尼力数学模型。采用有限元法(FEM)对内置阀式磁流变阻尼器电磁场进行建模仿真,并通过ANSYS软件一阶优化方法对其结构尺寸进行多目标优化。仿真结果表明:优化后的内置阀式磁流变阻尼器在输入电流为1.0 A时,输出阻尼力由21.89 k N提高到38.94 k N,提高了77.9%。     

新型磁流变-剪切增稠阻尼器的力学模型及试验研究

针对阻尼器的主被动控制特性的需求,利用磁流变剪切增稠协同效应的流变机理,提出并设计磁流变-剪切增稠阻尼器。试验制备磁流变-剪切增稠流体,测试其流变特性,并基于Cross模型与LM算法建立其表观黏度模型。通过磁场磁路的仿真优化,设计并研制新型双出杆磁流变-剪切增稠阻尼器。结合上述研究,建立该阻尼器的力学模型,并对其阻尼力进行动态性能测试。测试结果表明,阻尼器在110m T磁场的主动控制下,提升34.3%阻尼力峰值;随着振荡频率增加,可以提升至少64.2%的阻尼力。同时,验证了阻尼特性力学模型预测的有效性,最大误差为8.9%。     

磁流变阻尼器阻尼力计算

Bingham模型能准确刻画磁流变阻尼器屈服后区的粘塑特性,基于该模型,阀式磁流变阻尼器阻尼力与速度的关系为与阻尼器结构参数有关的三次代数方程,文中求解了该代数方程,得到了阻尼力的解析表达式,分析了阻尼器结构参数对阻尼器阻尼特性的影响.文中的研究结论可用于指导磁流变阻尼器的设计.     

基于多孔泡沫金属材料的简易磁流变阻尼器可行性研究

针对磁流变液阻尼器价格昂贵及不易密封且易失效的问题,提出以多孔泡沫金属材料为载体,解决上述应用的瓶颈问题的新理念。介绍基于多孔泡沫金属材料的简易磁流变液阻尼器的概念设计,并对其可行性进行初步研究,初步研究结果表明多孔泡沫金属可以储存磁流变液,同时磁流变液在磁场作用下可以从泡沫金属溢出并实现阻尼功能。     

新型泡沫金属磁流变液阻尼器的设计及其特性

设计一款新型泡沫金属磁流变液阻尼器,将泡沫金属作为磁流变液的存储载体,使磁流变液封存在阻尼腔中,解决传统阻尼器造价高和密封难的问题;采用在端盖两端设置铜片的设计方法,对磁路中的磁力线走向进行改进,对其磁场进行有限元仿真,仿真结果表明其磁场分布均匀,证明结构设计合理。将设计的泡沫金属磁流变阻尼器用于抑制悬臂梁的振动控制实验,实验结果表明:泡沫金属磁流变液阻尼器响应迅速,可控阻尼性良好,体现了泡沫金属磁流变阻尼器用于半主动控制方面的优势。     

磁流变液-泡沫金属减振器阻尼特性理论分析

为解决常规减振器控制力小减振效果不理想的问题,设计了一种基于磁流变液—泡沫金属两相结构的新型减振器,在减振器工作原理的基础上推导出了其阻尼力模型。利用MATLAB软件中的Simulink模块建立了该阻尼力的仿真框图,并进行了实例仿真分析,理论分析及仿真结果表明:外界激励、泡沫金属的等效孔数和孔径对阻尼力影响较大,而等效孔长度对阻尼力几乎无影响,这为磁流变液—泡沫金属减振器的设计提供了有益的参考。     

基于性能最优的磁流变阻尼器励磁线圈缠绕方法研究

双线圈活塞式磁流变阻尼器是一种通过励磁线圈产生磁场,以控制输出阻尼力的器件,其励磁线圈的缠绕方法直接影响磁流变阻尼器磁场分布和动态响应时间。在磁流变阻尼器性能模型的研究基础上,以阻尼动力和动态性能为最优目标,分析了两励磁线圈多种缠绕方法对阻尼间隙的磁场分布和控制电路的响应时间的影响,综合考虑了外界控制电路的电流负担和电能损耗,获得了励磁线圈采用反向串联的最优缠绕方法。研究结果为磁流变阻尼器的结构设计和参数优化提供了参考依据。     

轴向绕组磁流变液阻尼器阻尼与动力性能

为了分析轴向绕组磁流变阻尼器的阻尼力及其动力性能,将阻尼器的阻尼系数视为定值,对阻尼器动力性能进行仿真分析,得到库仑阻尼力与电流强度关系。将实际的阻尼系数等效线性化,通过对阻尼器阻尼振动试验测试得到实际阻尼系数与电流强度变化关系。对阻尼器库仑阻尼力进行试验分析,试验测试结果与仿真值基本相符,验证了仿真分析的正确性。分析表明阻尼器的阻尼力几乎都由库仑阻尼力提供,有利于使用电流控制阻尼器的阻尼力。     

一种磁流变阻尼器模型参数识别新方法

提出一种磁流变阻尼器模型参数识别新方法,该方法不需模型参数的任何先验知识,能够评估各参数对输出阻尼力的影响大小,从而选择最佳的阻尼力调控参数。利用试验台获取磁流变阻尼器在多种激励幅值、频率和电流作用下的阻尼力。针对Bouc-Wen模型表达式搭建Simulink计算模型,以仿真值与试验值之间的误差作为目标函数,通过遗传算法和模式搜索算法对模型参数进行识别。综合评估各参数对模型输出阻尼力的影响大小,从而确定最佳的阻尼力调控参数,并利用曲线拟合工具箱确定阻尼力调控参数与电流之间的函数关系。根据调控参数的电流函数对原有Simulink模型进行扩展,最终识别出全部未知参数。采用多种幅值和频率激励下的试验数据对模型进行验证,表明该模型识别结果正确,可准确刻画磁流变阻尼器物理元件的滞回特性。该方法不限于所使用的Bouc-Wen模型,可广泛用于磁流变阻尼器的其他力学模型的参数识别。     

用于磁流变减振的PWM控制器设计及实验分析

磁流变阻尼器是通过改变线圈中的电流来改变其阻尼力的,而基于混合模式的磁流变阻尼器的阻尼力是由压力工作模式的阻尼力和剪切工作模式的阻尼力构成的.根据磁流变阻尼器的磁路设计和动态特性,推导了阻尼力、电流和磁场强度的计算公式及相互关系;针对阻尼器的时间响应要求,设计了一种脉冲宽度调制电流驱动器,通过仿真分析了电路中的电流响应时间.实验结果表明,电流响应快、精度高,达到稳态值的95%所需的时间为0.3～0.6 ms,标准残差控制在0.11以内,满足磁流变阻尼器的控制要求.     

基于Eyring本构模型的磁流变液阻尼器设计原理与试验研究

根据试验得出的Bingham塑性流体模型的模型参数, 建立了磁流变液切应力的误差函数,利用多参数优化理论和数据拟合方法对Eyring本构模型的参数进行辨识。建立了基于Eyring模型的环状混合准稳态流动方程,得出了磁流变液在环形通道中流动的速度分布函数。在给定活塞速度和环形通道的几何尺寸条件下,对混合工作模式的汽车磁流变液阻尼器产生的阻尼力进行理论预测研究。按照长安之星微型汽车前悬架的技术要求,设计和制作了微型汽车磁流变液阻尼器,并对此进行了试验测试,试验结果表明：应用所提出的理论分析方法预测磁流变液阻尼器的特性是可行的。     

基于泄漏故障下的磁流变阻尼器力学性能研究

基于磁流变阻尼器力学模型,对泄漏故障下的磁流变阻尼器的力学性能及其阻尼力-位移曲线进行了研究,并通过试验验证了磁流变阻尼器最大阻尼力随着泄漏的加重会逐渐变大,而且在一定的励磁电流作用下,磁流变液会发生剪切稀化现象,反而导致最大阻尼力逐渐变小.研究还发现随着磁流变液黏滞系数的增大,磁流变阻尼器的速率对其阻尼力的影响逐渐减弱.     

磁流变阻尼器输出阻尼力灵敏度分析

针对液压管路系统振动控制问题,对磁流变液阻尼器的液压管路半主动振动控制进行了研究。对磁流变液阻尼器结构进行了分析,通过机理建模的方法建立了磁流变液输出阻尼力的数学模型,针对磁流变液阻尼器控制电流、活塞运动速度等10个与磁流变阻尼器结构和特性相关的设计参数,建立了其一阶和二阶输出灵敏度方程,得出了系统一阶和二阶输出灵敏度函数表达式;基于Matlab软件求解了其相应的一阶和二阶输出灵敏度函数,结合两项灵敏度指标分析了各参数变化对系统输出阻尼力的影响程度。研究结果表明:当参数变化10%时,励磁线圈匝数、铁芯横截面积以及外筒与活塞缸之间间隙这3个设计参数所引起的输出阻尼力变化百分比最大。     

新型阀式磁流变液阻尼器设计与特性研究

针对剪切阀式磁流变液阻尼器运动过程中存在活塞杆晃动、活塞行程受导向环影响而减小等问题,设计了一种新型阀式磁流变液阻尼器,推导了其阻尼力模型.利用ANSYS软件对设计的阻尼器活塞进行磁路仿真,从而选取合适材料,并通过测试其阻尼特性,结合推导的阻尼力模型,分析了阻尼力的影响因素.结果发现:所设计的阻尼器属于外径大、行程小的阻尼器,其活塞运动速度对阻尼力具有较大影响.     

磁流变阻尼器Bingham力学模型改进及参数辨识

磁流变阻尼器不仅具有阻尼快速响应、良好的温度稳定性、内部结构简单等优势,而且可以通过调节控制电流使阻尼器的出力值连续变化,实现阻尼力可控。由于磁流变阻尼器阻尼特性与内部磁流变液的磁流变效应有关,具体表现非常复杂,现有力学模型目精度不足,无法精确描述磁流变阻尼器的阻尼特性。在磁流变阻尼器力学性能测试基础上,应用分段拟合函数方法同时结合反正切函数模型改进模型,并辨识改进后力学模型中各参数。将改进后的Bingham模型与实际测试出力值进行对比,结果表明改进后的Bingham模型能够很好地解决Bingham力学模型在非线性滞回阶段出力值曲线与实际测试数据不符的问题,改进后模型总体出力值曲线与阻尼器实际出力值基本相同,模型精度大幅提升。此种改进方法为磁流变阻尼器建立高精度力学模型提供参考。     

磁流变阻尼器的分数阶Bingham模型研究

为解决磁流变阻尼器的Bingham模型在拟合阻尼力-位移关系时"具有较高精度,但是无法准确描述阻尼力-速度的滞后"的问题,基于传统Bingham模型进行了改进,应用分数阶微分形式的Bingham模型,更加准确地拟合了速度-阻尼力的滞回特性。在改进的模型中以分数阶导数代替了传统模型中位移的一阶导数,既能够描述磁流变液屈服后的粘性剪切流动,又包含磁流变液体在低剪切速率下未屈服时的弹性变形。对一种磁流变阻尼器进行了实验,比较传统Bingham模型和改进分数阶模型阻尼力-位移和阻尼力-速度拟合的精度,分析分数阶微分项阶数与控制电流及阻尼力-速度滞后特性的关系。实验结果表明,分数阶微分形式的Bingham模型拟合磁流变阻尼器力-位移和力-速度关系,其精度均较传统Bingham模型有明显提高。     

基于有限元仿真的磁流变阻尼器性能研究

对双线圈活塞式磁流变阻尼器结构和工作原理进行分析,应用ANSYS软件对阻尼器磁场有限元仿真,证明励磁线圈电流异向时磁场的利用效率更高,并且建立电流异向时阻尼间隙磁感应强度和电流的函数表达式,结合阻尼力模型和磁流变液的材料特性,得出阻尼力关于电流值和活塞运动速度的理论关系。通过阻尼器台架试验,对理论关系进行验证,结果表明:理论值准确的描述了阻尼力变化规律。为磁流变阻尼器设计及改进提供方法。     

汽车磁流变半主动悬架控制方法研究

根据变论域方法对经典模糊控制算法进行了改进，提出了悬架阻尼力变论域模糊控制算法。根据悬架阻尼控制力与磁流变阻尼器输出阻尼力的力误差，设计了磁流变阻尼器驱动电流控制方法。由汽车结构振动模糊控制子系统和磁流变阻尼器驱动电流控制子系统构建了磁流变半主动悬架控制器，用模糊集语言赋值系数反映了悬架伸张行程和压缩行程不对称阻尼控制力的关系。利用二自由度车辆振动系统简化模型和磁流变阻尼器简化力学模型及其参数，确定了控制器结构及其参数。研究结果袁明，该方法具有较好的控制精度和适应能力。