变间隙磁流变胶泥缓冲器理论研究与试验验证EI北大核心CSCD

传统磁流变(magnetorheological, MR)缓冲器通常采用等间隙阻尼流道,对于冲击环境下仅靠励磁控制方法实现柔顺耗能极具挑战。针对此问题,提出一种缸筒截面具有锥度特征的磁流变胶泥缓冲器,其阻尼间隙随活塞位移增大而逐渐减小,同时伴随磁感应强度增大,进而提升阻尼力,以期通过结构设计方法补偿冲击环境下缓冲力的衰减。通过建立双坐标系分析了动态磁场与位移、电流之间的关系;采用微分思想将变间隙阻尼通道分为若干微元,基于Herschel-Bulkley (HB)本构模型得到微元阻尼通道的截面流速分布;考虑局部损耗,构建了HB-Minor Losses(HBM)动力学模型,定量分析了各局部损耗因素的影响;进一步分析了位移变化对截面流速、局部损耗压降、总压降的影响。搭建了锤重为93.2 kg的冲击试验平台,并开展了不同冲击速度和电流下缓冲器动力学性能测试。结果显示缓冲器具备良好的可控性,其动态范围高达2.0,最大缓冲力达55 kN。将试验结果与理论模型进行比较,发现HBM模型能够准确预测变间隙磁流变胶泥缓冲器动力学性能。     

基于磁流变弹性体的缓冲装置设计及其冲击响应特性研究

利用聚氨酯基磁流变弹性体,结合ANSYS有限元仿真,设计制作了一种剪切式磁流变弹性体缓冲装置。搭建自由跌落冲击试验系统和冲击响应谱试验系统分别测试了该缓冲装置的冲击响应特性,研究了在不同磁场下缓冲装置的缓冲性能。实验结果表明在自由跌落冲击和冲击响应谱两种试验中,所设计的磁流变弹性体缓冲装置都具有较高的缓冲率,且装置的缓冲率随着磁场的增加而增大,表明磁流变弹性体缓冲装置起到了一定的缓冲作用,且可以实现外加电流对其缓冲效果的控制,该研究为磁流变弹性体在半主动/主动隔振缓冲领域的应用做出了有益探索。     

基于磁流变液阻尼减振器的建筑结构半主动控制研究

基于相似理论，制作了某3层建筑结构的相似结构，建立了一个4自由度的振动系统；根据结构的振动特性对磁流变液阻尼减振器进行了优化设计，求得了磁流变液阻尼减振器的质量、阻尼系数及刚度；设计一套用于建筑结构的半主动振动控制测试系统，对磁流变液阻尼减振器的减振效果进行了试验研究，在同时考虑结构固有频率以及外界磁场强度的情况下，安装磁流变液阻尼减振器能使结构的振幅明显减小，整个振动过程较为稳定，验证了磁流变液阻尼减振器的减振效果。     

径向节流型磁流变胶泥缓冲器冲击动力学行为

为提高汽车碰撞缓冲系统的自适应调节能力,提出一种波纹圧溃与径向流动节流共同作用的可控缓冲器。用波纹管取代传统吸能盒,并串接于磁流变阀,内部填充具备优秀悬浮稳定性的磁流变胶泥;为提高磁场利用率且减小缓冲器轴向长度,在磁流变阀内建立胶泥流动方向与磁场方向完全垂直的径向流道。基于Herschel-Bulkley (HB)本构模型推导了流道内流动节流压降与冲击速度间的关系;考虑局部损耗的影响,构建了HB-Minor Losses (HBM)动力学模型;进一步定量分析了惯性效应产生的压降,构建了包含惯性效应的HBM-Inertia (HBMI)模型。制作了缓冲器并开展了落锤冲击试验;分析了径向流道压降在阻尼流道总压降中的比重;分析了局部损耗对压降的影响,提出了进一步提高可控性的局部损耗优化区域。对比理论与试验缓冲力曲线,分四个阶段分析了惯性效应对缓冲力的具体影响,发现惯性效应主要在峰值阶段、结束阶段影响缓冲力;比较了理论模型与试验峰值力、动态范围,进一步得到理论动态范围相对误差,结果表明,HBMI模型对磁流变胶泥缓冲器动力学行为的预测更为准确。     

磁流变减振器变阻尼特性对车辆平顺性的影响

对盘形缝隙磁流变减振器阻尼特性进行理论分析和实验研究后,得出该减振器阻尼特性、磁感应强度与活塞运动速度之间的关系式。在不实施控制策略的前提下,利用2自由度悬挂系统分析了磁流变减振器阻尼特性变化对车体垂直振动加速度均方响应和动行程均方响应的影响,指出活塞在高速运动时难以对磁流变减振器进行变阻尼控制的原因,同时得出磁流变减振器阻尼特性随活塞运动而变化的特性对悬挂系统的影响,为其在车辆悬挂系统半主动控制中的实际应用提供了有价值的理论依据和实验结果。     

基于MR效应的高速气缸缓冲结构研究

气缸是气动系统最主要的执行元件,其高速化是气动技术发展的必然趋势,而气缸的高速化首先需要解决缓冲问题。本文在介绍了常规高速气缸以及长行程磁流变阻尼器的结构原理基础上,针对常规高速气缸缓冲性能的不足,利用常规高速气缸和磁流变阻尼器在结构上的共性特点,提出了一种基于磁流变液MR效应的高速气缸缓冲结构,并进行了具有剪切阀式磁流变阻尼装置的高速气缸缓冲结构设计,建立了其数学模型,利用Matlab仿真工具对单溢流式缓冲与基于磁流变效应的复合式缓冲两种缓冲工况,进行了仿真对比分析,验证了基于MR效应的高速气缸优良的缓冲性能。     

磁流变弹性体隔振器隔振控制与实验研究

为了更好地对磁流变弹性体隔振器的隔振性能及其控制策略进行研究。通过基于扫频激励的实验测试了磁流变弹性体隔振器的移频特性,证明了磁流变弹性体隔振器具有较宽的移频范围。基于磁流变弹性体隔振器的移频特性,提出了针对扫频激励的on-off控制策略。使用了基于变阻尼、变刚度的on-off控制策略,并将其应用于简谐激励和随机激励。通过实验研究证明,在控制策略的控制下,磁流变弹性体隔振器对于不同的激励形式都有着很好的隔振效果。该研究可以为磁流变弹性体隔振器的工程应用奠定基础。     

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。     

考虑壁面滑移的磁流变胶泥缓冲器设计理论与落锤冲击试验

为提高汽车碰撞磁流变缓冲器力学模型的准确性,实现冲击作用下磁流变缓冲器动态特性的高精度预测,基于Herschel-Bulkley模型,同时考虑表观滑移和壁面滑移,建立了缓冲器理论力学模型。通过分析表观滑移和壁面滑移对缓冲器阻尼通道内部压力梯度的影响,结果表明,载液黏度较低时,受表观滑移影响,阻尼通道内部压力梯度有所降低,且在低速下影响更加显著;随着载液黏度的增加,在表观滑移作用下压力梯度有所增加,但对总体影响不大;壁面滑移使通道内部压力梯度明显降低,且随着滑移系数的增加,压力梯度变化更为显著;不同电流、冲击速度下的缓冲器落锤冲击试验表明,理论模型能够较好地预测、表征磁流变缓冲器的力学特性;磁流变胶泥在通道内流动主要受壁面滑移的影响,未出现明显的表观滑移。     

基于磁流变阻尼器的机车横向悬挂半主动控制研究

半主动控制与被动控制和主动控制相比具有可靠性高、能耗低和容易实现的特点,正成为一种颇具前景的悬挂振动控制方式.利用磁流变液的流变特性制成的磁流变阻尼器是一种性能优良的半主动控制装置.本文首先建立了采用磁流变阻尼器的三自由度机车车辆横向半主动悬挂系统模型;在对磁流变阻尼器的阻尼特性进行试验研究的基础上,提出了一种磁流变阻尼器的数学模型,并用优化方法确定了的模型参数;而后提出了一种半主动控制策略,得到了系统的振动响应;与被动悬挂相比,采用磁流变阻尼器的机车横向半主动悬挂系统可显著降低悬挂质量的加速度值.     

基于磁流变液的智能电感研究

磁流变液是一种优秀的智能流体材料,其流体特性、阻尼特性以及磁学特性已被广泛研究,但其电学特性相对来说研究进展缓慢.用MRF-J01T型磁流变液和电感线圈构成磁流变电感,推导了磁流变电感的计算公式,设计实验测试了磁流变电感随外磁场的变化规律,并从理论上对实验现象进行了分析.为磁流变电感在电子测量以及传感技术中的智能控制提供了一种依据.     

磁流变阻尼器性能试验及其非线性力学模型

磁流变阻尼器是一种应用前景广阔的智能型阻尼器。研制了双出杆流动型磁流变阻尼器,对其进行了阻尼特性试验。在阻尼特性试验研究的基础上,建立了描述磁流变阻尼器阻尼特性的非线性模型。讨论了施加的电流、激振频率对非线性模型参数的影响。所建立的非线性模型与传统的Bingham塑性模型相比较具有精度高、能准确反映磁流变阻尼器滞回特性等优点。     

模型结构的磁流变阻尼减振控制试验研究

在磁流变阻尼器力学性能试验基础上,利用MTS793系列软件平台,对安装有两种不同型号磁流变阻尼器的五层钢框架模型结构进行了地震模拟振动台减振控制试验,控制策略包括两种被动控制和基于有限传感器的H∞静态输出反馈控制方法的半主动控制。试验结果表明:两种磁流变阻尼系统的被动控制与半主动控制均可以有效减小地震作用下模型结构的位移反应和绝对加速度反应;当磁流变阻尼控制Passive-off提供的阻尼力过大时,Passive-on只起着刚性支撑的作用;当磁流变阻尼控制Passive-off提供的阻尼力较小时,Passive-on的控制效果要好于Passive-off;半主动控制与被动控制相比,优势并不明显。指出了磁流变阻尼器与模型相匹配的重要性,在工程应用中应引起高度重视。     

新型磁流变脂阻尼器对铁路连续梁桥地震响应模糊神经网络控制

为解决传统磁流变液阻尼器(Magneto Rheological Fluid Damper,MRFD)磁场利用率低及磁流变液沉降导致控制特性劣化难题,提出新型阻尼器—磁流变脂阻尼器(Magneto Rheological Grease Damper,MRGD)。采用神经网络(Neural Network,NN)对足尺MRGD动力特性进行辨识,通过将改进的限幅最优(Modified Clipped-Optimal,MCO)算法整合到模糊神经网络(Fuzzy Neral Network,FNN)理论来设计适合MRGD的FNN/MCO半主动控制策略,并构建SIMULINK仿真分析平台。以典型三跨铁路连续梁桥为工程背景,分别对未控制、FNN/MCO半主动控制及线性二次型高斯(Linear Quadratic Gaussian,LQG)主动控制下桥梁各项评价指标进行分析。结果表明,所提FNN/MCO半主动控制策略对桥梁地震响应控制效果明显优于LQG主动控制策略;FNN/MCO策略较LQG策略更利于控制装置性能发挥;FNN/MCO策略稳定性、鲁棒性均明显优于LQG策略。     

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。     

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.     

磁流变冲击后坐控制系统试验研究

针对磁流变阻尼器用于火炮后坐缓冲时对响应时间的严苛要求,对磁流变冲击后坐控制系统进行冲击试验研究。对设计的磁流变阻尼器进行固定电流下冲击特性试验,获得输出阻力模型。对阻尼器线圈电流及输出阻力响应时间分别进行试验测试,提出磁流变冲击后坐轨迹跟踪控制系统方案,期望可控阻力能准确跟踪理想阻力曲线。通过用固定曲线无反馈控制及双闭环反馈控制对磁流变后坐控制系统进行3 g、4 g药量冲击试验结果比较知,采用反馈控制能显著减小磁流变后坐阻力响应时间,获得快速跟踪性能,后坐阻力充满度更好。后坐位移相同时可减小后坐阻力峰值;后坐阻力峰值相同时可显著减小后坐位移。由4g药量中后坐阻力曲线下滑结果分析知,阻尼力可调系数作为重要特性参数在进行磁流变阻尼器结构设计时必须足够大。     

磁流变技术的工程应用

研究了磁流变技术在高速铁路和抗震方面的应用.在高铁方面,介绍了基于磁流变液阻尼器的半主动悬架系统和变刚度变阻尼悬架系统.在抗震方面,介绍了建筑物智能隔震系统和基于磁流变弹性体的调节质量阻尼器,前者包括多层磁流变弹性体隔震器和具有负刚度特性的磁流变弹性体隔震器.分别对这些系统进行数学建模、实验验证和数据仿真.结果表明,磁流变技术能够有效提高高铁稳定性和乘坐舒适度,也能够减小建筑物振动和保护建筑物.     

磁流变阻尼器用于直升机“地面共振”半主动抑制

磁流变阻尼器是一种半主动的阻尼装置,将其用作桨叶减摆器和起落架阻尼器是直升机“地面共振” 抑制的一项新措施。针对磁流变阻尼器的非线性特性,采用能量法得到了磁流变阻尼器的等效线性阻尼。建立了含磁流变阻尼器的机体平面二自由度和刚性桨叶的“地面共振”分析模型,得出了直升机“地面共振”的稳定性区域。分析计算表明,磁流变阻尼器能在不同情况下提供抑制“地面共振”所需要的阻尼,达到半主动抑制“地面共振”的目的。     

多级径向流动型磁流变液减振器理论与实验

针对轴向流动型磁流变液减振器有效阻尼通道短和磁场利用率不高的问题,提出一种多级径向流动型磁流变液减振器;建立了磁流变液径向流动控制方程,并对其进行了合理简化,采用双粘本构模型导出磁流变液径向流动速度的表达式;利用定积分法分析了磁流变液惯性效应对径向压力梯度影响;得出了基于准稳态与非稳态流动的磁流变液减振器阻尼力计算方法。为了验证理论分析的合理性,按照轨道车辆抗蛇行减振器的技术要求,设计制作了多级径向流动型磁流变液减振器,利用J95-I型油压减振器实验台对其进行了阻尼特性实验,比较了不同激励电流下的磁流变液减振器阻尼力的实验值与理论值。