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。     

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.     

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.     

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。     

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.     

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.     

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.     

单筒充气型轿车磁流变液减振器研究

针对传统的双筒型磁流变液减振器底阀容易堵塞和单筒浮动活塞密封困难的问题,提出了一种单筒复合节流充气气囊补偿的磁流变液减振器。利用实验数据辨识了磁流变液的Herschel-Bulkley本构模型参数;建立了环形阻尼通道内磁流变液准稳态流动微分方程,利用Herschel-Bulkley本构模型得出了磁流变液速度分布表达式;研究了非牛顿流体环形通道节流、牛顿流体小孔节流和气囊补偿共同作用下的阻尼力计算方法。根据某轿车悬架参数要求,设计制作了磁流变液减振器样机;利用WDTS型油压减振器实验台对其进行了示功特性测试。测试结果表明:在不同电流激励作用下,磁流变液减振器的理论阻尼力值和测试值吻合较好,所提出的分析方法是合理的。     

双模式变间隙磁流变阻尼器研究EI北大核心CSCD

直升机飞行过程中座椅系统主要处于隔振工况,阻尼器隔振行程小且持续输出较小的阻尼力,而直升机遇突发状况坠机时属于抗坠毁工况,阻尼器需在缓冲行程内保持力值平衡,且提供大阻尼大行程。针对隔振和抗坠毁双模式工况对阻尼器设计要求存在矛盾的问题,提出了一种能同时满足直升机座椅隔振和抗坠毁的双模式变间隙磁流变阻尼器(magnetorheological damper, MRD)结构。为验证结构的有效性,建立了变间隙磁流变阻尼器的力学模型,并在不同乘员质量、不同冲击速度下对变间隙磁流变阻尼器进行拓扑形面优化;基于拓扑形面优化结果,完成了变间隙磁流变阻尼器样机的加工、装配和测试。数值仿真和双模式特性实验表明,变间隙磁流变阻尼器的抗坠毁单元能在所选冲击工况下均能输出平稳、稳定可控的库伦阻尼力,同时其隔振单元具有良好的动态范围,最大阻尼力和动态范围均满足设计要求。     

大吨位磁流变液阻尼器的性能试验研究

研究了磁流变液阻尼器的磁路特性,在此基础上,对研制的最大阻尼力为170kN、可调倍数为16的磁流变液阻尼器的性能进行了试验研究。结果表明,在低电流情况下,对于活塞上缠有多个线圈的磁流变液阻尼器,多线圈电流的同向和异向并不影响其阻尼力的大小;但在高电流情况下,反接相邻线圈可以降低磁路磁阻的增长速度,从而有利于提高其阻尼力。     

面向轨道车辆抗蛇行振动的磁流变脂阻尼器设计与台架测试

针对磁流变液阻尼器存在磁场利用率不高和磁流变液沉降导致控制特性劣化的问题,提出一种基于多级径向流动模式的磁流变脂阻尼器方案,将磁流变脂的多级径向流动分解为源流与汇流的对称组合,建立了磁流变脂径向流动的分析模型。利用磁流变脂微单元平衡得出了磁流变脂尊静态径向流动微分方程,采用磁流变脂双粘度本构模型和无滑动边界条件,导出了磁流变脂径向流动速度分布函数和径向压力梯度分布函数。绘制了磁流变脂在不同半径处流动速度分布图,得到了磁流变脂阻尼器的阻尼力计算方法。按照轨道车辆抗蛇行减振器的技术要求,设计制作了基于多级径向流动模式的磁流变脂阻尼器样机,利用J95-I型油压减振器试验台对其示功特性进行了测试,结果表明在不同激励电流下的磁流变脂阻尼器理论示功特性与实验示功特性能较好吻合。     

旋转剪切式MR阻尼器的性能试验与改进滞回模型

基于Bingham力学模型,设计、制作小尺寸旋转剪切式MR阻尼器,通过数字式特斯拉计测量励磁线圈的磁感应强度.设计了阻尼器试验装置,并对此MR阻尼器进行2种激励位移、11种输入电流和4种激励频率共88种工况的力学性能试验,根据MR阻尼力—速度滞回曲线,克服Bingham模型在零速度附近不能说明阻尼力—速度的关系,引入惯性力项方法,提出了改进滞回曲线非线性力学模型.采用智能粒子群算法辨识修正的滞回力学模型参数,通过阻尼器试验数据与修正滞回力学参数值进行对比,证明此滞回模型能很好地描述MR阻尼器强非线性的动力特性.     

基于组合目标函数的磁流变减振器优化设计

以线圈消耗功率和活塞体积为目标函数,以可调阻尼力和时间响应常数为约束条件,以几何及线圈参数为设计变量,研究使目标函数最小化的磁流变减振器结构优化设计方法.推导了流动模式磁流变减振器的阻尼力计算公式,建立了磁流变减振器时间响应常数和线圈功率表达式.以有限元分析软件ANSYS的参数化设计语言(APDL)为优化工具,对磁流变减振器进行了结构优化设计.优化结果表明:优化后磁流变减振器体积明显降低,线圈功率减小,时间常数缩短,达到了优化目的.     

基于Herschel-Bulkley模型的火炮磁流变后坐阻尼器设计与分析

针对枪炮冲击型MR阻尼器的特点，以某单管25mm火炮为研究对象，基于Herschel-Bulkley本构模型，建立了该25mm火炮磁流变后坐阻尼器的轴对称一维层流模型。同时运用ANSYS软件，建立了该阻尼器MR阀的电磁有限元模型，求得了环状流口间MR流体的磁通密度。将MR流体流动模型和MR阀有限元结果相结合，求得了不同MR流体行为指数和不同磁场作用下阻尼力随活塞速度的变化规律。建立了火炮后坐运动方程，评价了MR流体行为指数对后坐阻尼器性能的影响。     

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。     

磁流变阻尼器简化力学模型研究

基于磁流变液体在不同磁场和剪切率下流变特性和磁流变阻尼器在混合模式下的力学原理,推导出包含四个待定系数的磁流变阻尼器简化力学模型。利用MTS8701系统测试的磁流变阻尼器的阻尼力与活塞杆运动速度及励磁电流的试验数据,对磁流变阻尼器简化力学模型进行了系数辩识。用磁流变阻尼器的电压驱动和电磁系统动态响应时间加上磁流变液体成链时间作为磁流变阻尼器的响应时间,建立了带时滞因子的磁流变阻尼器简化力学模型。试验与仿真分析结果表明,该简化力学模型能反映其基本力学特性。     

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.