磁流变阻尼器结构设计及功能集成研究现状分析

磁流变阻尼器是一种采用磁流变液为工作介质的智能型阻尼器,目前已在建筑、桥梁、车辆、机车等行业的减振抗震中得到广泛应用。阐述了磁流变阻尼器的工作原理;对阻尼器中激励线圈、液流通道及作动方式等不同结构进行了详细的结构分析,同时对集成位移检测、能量存储的自感应、自发电型磁流变阻尼器的功能集成进行了深入探讨。介绍了课题组设计的差动自感式磁流变阻尼器。相关分析和结论可为磁流变阻尼器的结构设计和功能集成提供参考。     

磁流变阻尼器动态响应分析

磁流变阻尼器的动态响应决定了其实时控制效果,为了增加磁流变阻尼器响应速度和减小响应时间,对其动态响应影响因素进行分析。针对某型号磁流变阻尼器,定义其响应时间的组成,建立时滞模型。建立了两级线圈同向串联、反向串联、同向并联、反向并联的电流及磁场响应模型,分析磁流变液两阶段的流变响应模型,得到反向串联与反向并联的电磁响应时间较小,且流变响应仅与间隙与动力黏度有关。并基于瞬态有限元磁场分析,从平均有效剪切屈服强度的角度来衡量阻尼器的动态响应过程,得到了不同磁路结构对阻尼器响应时间的影响及其影响原因。     

双线圈磁流变阀压降特性分析

利用磁流变液体的可控特性,基于传统单线圈磁流变阀结构,设计一种双线圈圆环阻尼间隙磁流变阀。采用Maxwell电磁场仿真软件对双线圈磁流变阀进行磁场仿真,得出外加电流与阻尼间隙处磁感应强度大小的关系。建立双线圈磁流变阀压降数学模型,采用MATLAB数值仿真软件对磁流变阀压降特性进行仿真分析,初步得到了磁流变阀结构参数对压降的影响规律,从而为双线圈磁流变阀多级调压提供了一定的理论参考。     

磁流变阻尼器响应时间分析研究

分析影响磁流变阻尼器响应时间的各种因素。提出采用多级线圈并联反串的磁路设计以及双向电流驱动等优化响应时间的方法。     

多级调压型磁流变阀结构优化设计

根据磁流变液在磁场作用下的可控可逆特性,在传统磁流变阀阀芯上缠绕三组励磁线圈,与阀体一起组成4个可变阻尼间隙,形成一种外侧圆环阻尼间隙多级调压型磁流变阀。采用ANSYS有限元仿真软件对多级调压型磁流变阀进行了磁场仿真,得出了磁力线分布和磁感应强度大小。基于仿真后处理数据对磁流变阀进行了结构优化,得出了该磁流变阀的最佳结构参数,并对结构优化前后阻尼间隙处的磁感应强度以及进出口阀压差进行了对比分析。相关优化设计方法和思路对磁流变阀设计具有一定的理论指导意义。     

孔式磁流变阻尼器的磁路改进设计与仿真分析

对传统的孔式磁流变阻尼器的磁路进行了改进设计,使得作用磁场全通道有效,并用ANSYS建立了磁路仿真模型,仿真研究了不同结构下磁路的路径和磁感应强度及不同参数下阻尼孔附近的磁通密度。通过优化分析得出最好的结构参数,使得全通道的磁感应强度都达到要求的0.5 T。结果表明,所设计的磁流变阻尼器的磁场利用率比一般的磁流变阻尼器高达1倍。     

单线圈磁流变阀阀芯结构对压降特性的影响分析

根据磁流变液的可控流变特性设计了3种不同阀芯结构的单线圈磁流变阀,同时对单线圈磁流变阀的压降特性进行了理论分析。采用ANSYS有限元仿真软件对3种不同阀芯结构的磁流变阀进行了电磁场仿真分析,得出了磁流变阀磁力线分布、磁场强度分布以及液流通道处磁感应强度大小的变化规律。研究了阀芯倒角、输入电流大小和流量大小对系统压降的影响。结果表明：不同阀芯结构磁流变阀的总压降随着输入电流和流量大小的增加而增大,且无倒角的单线圈磁流变阀压降最大。为实际磁流变阀结构设计提供了参考。     

线圈外置式磁流变减摆器设计与实验研究

针对传统的线圈内置式磁流变减摆器线圈散热性差、线圈密封性不好等问题,设计了一种新型的线圈外置式磁流变减摆器。通过磁流变减摆器的磁路设计、结构设计,建立了磁路结构参数之间的约束关系方程组,为优化设计提供了理论依据;并且利用参数化建模和有限元优化分析方法,优化了外置式磁流变减摆器的磁路结构参数。优化和仿真结果验证了最终结构参数取值的合理性。并通过静态阻尼特性实验验证了分析结果的正确性。     

两种磁流变阻尼器的结构设计与性能分析

针对传统磁流变(MR)阻尼器阻尼通道利用率低的问题,提出了两种磁路结构的优化设计方案。运用ANSYS软件对这两种MR阻尼器的磁路结构进行二维电磁场有限元仿真,分析结果表明两种MR阻尼器磁路结构设计切实可行。采用Bingham模型对两种阻尼器输出力进行预估并得到不同工作状态下的力-速度曲线,结果表明:由于增加了阻尼通道的有效长度,两种改进的阻尼器比活塞尺寸相同的传统阻尼器的最大出力提高1倍以上。     

磁流变先导式溢流阀设计

根据磁流变液的流变特性及典型先导式溢流阀的结构,分析磁流变先导式溢流阀设计中存在的关键技术难题。针对关键技术难题,设计一种磁流变先导式溢流阀,采用磁流变阀作先导阀,合理设计磁流变阀工作间隙的相对位置和大小,并对磁流变先导式溢流阀主阀的结构进行优化设计,可有效提高磁流变阀的阻尼力,降低磁流变先导式溢流阀的冲蚀和噪声。     

基于最小二乘法和BP神经网络的磁流变阻尼器H-B模型参数辨识方法

针对Bingham模型磁流变阻尼器由于剪切稀化效应带来的阻尼力计算误差,在理论和仿真分析的基础上,提出一种最小二乘法和BP神经网络相结合的方法,对磁流变阻尼器H-B模型进行参数辨识,获得各参数与电流的关系,从而对磁流变阻尼器的阻尼力进行准确计算。最后通过磁流变阻尼器实验对理论方法进行验证。结果表明：借助于磁流变阻尼器的仿真分析,最小二乘法和BP神经网络相结合的磁流变阻尼器H-B模型参数辨识方法精确度高、吻合性好,验证了参数辨识结果的通用性及准确性。     

阻尼间隙可调式磁流变阀建模及仿真分析

设计了一种新型阻尼间隙可调式磁流变阀,该磁流变阀阻尼间隙可在1~2 mm之间变化。建立了阻尼间隙可调式磁流变阀压降计算公式。同时,采用有限元仿真软件ANSYS对该磁流变阀进行了电磁场仿真分析及计算,详细分析了磁流变阀阀体厚度、绕线槽深度以及阀套大端直径对压降性能的影响,为今后磁流变阀的尺寸设计及结构优化提供了理论基础。     

阻尼间隙可调式磁流变阀建模及仿真分析（英文）

设计了一种新型阻尼间隙可调式磁流变阀,该磁流变阀阻尼间隙可在1~2 mm之间变化。建立了阻尼间隙可调式磁流变阀压降计算公式。同时,采用有限元仿真软件ANSYS对该磁流变阀进行了电磁场仿真分析及计算,详细分析了磁流变阀阀体厚度、绕线槽深度以及阀套大端直径对压降性能的影响,为今后磁流变阀的尺寸设计及结构优化提供了理论基础。     

考虑温度效应的磁流变阻尼器阻尼特性的分析

磁流变阻尼器属于一种能量耗散装置,在使用过程中将振动机械能转化为自身热能,阻尼器力学性能受磁场和温度等因素的影响。分析磁流变阻尼器的温升特性,建立磁流变阻尼器的宏-微观动力学模型,通过有限元仿真分析阻尼器的温度场分布,理论计算分析磁流变液微观结构对剪切屈服应力的影响、温度和磁场对磁流变液中铁磁颗粒磁化率和磁流变液黏度的影响。试验结果证实：在线圈通有0.5、2 A电流的情况下,当温度从303 K上升至343 K时,阻尼力分别下降了14.5%和10%,当温度上升至383 K时,阻尼器的阻尼力分别下降了20.4%和15.1%,结果表明温度升高,铁磁颗粒磁化率和磁流变液黏度降低,磁场增强,铁磁颗粒磁化率和磁流变液黏度增大。试验结果和理论计算变化趋势一致,磁场的增强补偿了温度升高使磁流变液黏度的减小值,从而减弱了温度对磁流变阻尼器阻尼性能的影响。     

基于APDL的磁流变阻尼器磁路结构的优化设计

磁路结构设计的优劣决定了磁流变(MR)阻尼器的性能品质。应用ANSYS的参数化编程语言(APDL)对MR阻尼器的磁路结构进行参数化建模。通过设置磁路结构各尺寸为设计变量、以模型中最大磁感应强度值为约束条件、以阻尼通道间的最大磁感应强度值为目标函数,进行优化分析。分析结果表明:优化后的磁路结构在阻尼通道处的磁感应强度提高了0.32倍,且分布更加均匀;优化后磁路结构的体积减小了7%,使磁路结构更加紧凑。说明APDL优化分析是一种设计磁路结构的切实高效的方法。     

磁流变阻尼器结构优化设计研究现状

磁流变阻尼器是一种利用磁流变效应工作的新型智能减振器件,目前已广泛应用于汽车、桥梁、建筑等领域。阐述磁流变阻尼器的工作原理,指出磁流变阻尼器结构设计的关键步骤,介绍不同结构的阻尼器,同时对基于比较分析、ANSYS参数化编程及田口实验设计等不同的结构优化方法进行探讨。最后介绍了课题组基于实验设计及响应面法的磁流变阻尼器优化设计方法。     

基于磁流变原理的TBM主机系统抗振结构设计

TBM在掘进过程中振动剧烈,经常导致主机系统关键部件失效。针对TBM在掘进过程中振动剧烈问题,提出一种基于磁流变原理的TBM主机系统抗振方案。首先基于ADAMS多刚体动力学仿真平台所建立的TBM主机系统动力学模型,通过对推进油缸阻尼系数的灵敏度分析,确定磁流变阻尼器的最佳阻尼系数为2.5×10~6N·s/m,出力为400kN,此时刀盘轴向加速度幅值降低16.06%,主梁前段轴向加速度幅值降低21.75%;然后结合某工程开敞式TBM实际安装空间,确定磁流变阻尼器的安装位置;最后根据出力目标和TBM推进系统工作原理,设计了一款单筒单出杆剪切阀式磁流变阻尼器,有效的抑制了TBM主机系统关键部件的轴向振动,提高了隧道施工的安全和效率。     

磁流变阻尼器的多目标优化设计与实验研究

针对现有磁流变阻尼器功耗大、输出阻尼力低的问题，以磁流变阻尼器的低功耗化及轻量化为优化目标，建立磁流变阻尼器结构参数与优化目标之间的关系模型；采用多目标遗传算法对其结构参数进行优化，得出最优解；对优化后的磁流变阻尼器进行试验研究，验证所选参数的合理性。研究结果表明：优化后磁流变阻尼器的平均功耗降低了46%、最大阻尼力增加了30%；磁流变阻尼器的功耗与阻尼力之间存在相互平衡关系，为磁流变阻尼器的参数设计提供了理论和实验依据。     

磁流变减振器的优化设计与实验研究

磁流变减振器的磁路结构是磁流变减振器设计的重要环节,该结构的好坏将直接影响到减振器的工作性能的优良。采取参数化仿真的方法,分析得到了磁路的关键结构参数对间隙磁路的磁感应强度的影响,针对设计目标,选取设计变量,建立磁路的仿真模型。在磁流变减振器的设计中引入有限元分析的优化设计过程,采用参数化语言编程对模型结构参数进行优化。加工磁流变减振器样机,实验验证优化效果。仿真分析及实验结果均表明:运用参数化语言编程对磁流变减振器的磁路结构进行优化设计后,间隙处的磁感应强度得到明显改善,能够满足设计目标,磁场分布更加合理,是一种有效的磁路优化方法。     

空气-磁流变液半主动型动力吸振器的研究

为实现高振幅削减百分比的带宽制振,提出一种具有可调刚度和可调阻尼的半主动型动力吸振器。刚度装置为空气弹簧,改变空气弹簧内两气室的初始高度和初始气压可以改变刚度;阻尼装置为磁流变液阻尼器,改变阻尼器内线圈电流大小可以改变阻尼力。计算空气弹簧的刚度、气室的初始高度、气室的初始气压之间的函数关系;计算磁流变液阻尼器的阻尼力和线圈电流之间的函数关系;仿真探究动力吸振器的制振效果。结果表明：该空气-磁流变液半主动型动力吸振器最多可以削减45%的主质量振幅,可以有效抑制主系统的共振。