磁流变液阻尼器Bingham-多项式力学模型研究

针对磁流变液的流变特性,分别以磁流变液的Bingham力学模型、多项式力学模型和Bingham-多项式力学模型为理论基础,建立磁流变液阻尼器的力学模型,并对三种力学模型进行参数辨识,得到准确的数学模型。搭建一套双通道负载模拟试验台,通过试验研究对比三种力学模型模拟结果和试验测试结果,评估三种力学模型的精度和Runge振荡现象。研究结果表明,Bingham力学模型具有结构简单、物理量意义明确和较强的工程实用性等优点,但缺点是模型精度较差;六阶以上多项式力学模型模拟精度较高,但是随着多项式阶数的升高,模拟曲线的Runge振荡现象也越来越严重,而且曲线有可能失真;提出的Bingham-多项式力学模型能够同时解决传统多项式力学模型中低阶曲线精度低和高阶曲线易振荡的问题,模型的模拟结果和试验测试结果吻合精度较高。研究结果可为磁流变液阻尼器在振动控制领域中力学模型的选择提供参考。     

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。     

磁流变阻尼器动力学模型参数识别

针对磁流变阻尼器动力学模型中的未知参数,采用阻尼最小二乘法进行参数识别。推导了剪切阀式磁流变阻尼器的数学模型并进行动力特性仿真,通过仿真结果分析,提出磁流变阻尼器非线性Bingham参数模型,利用阻尼最小二乘法识别出非线性Bingham模型的参数,得到磁流变阻尼器动力模型。通过动力模型仿真验证,结果表明非线性模型可以准确的描述磁流变阻尼器的动力特性,说明阻尼最小二乘法能有效的识别非线性参数模型,为磁流变阻尼器在汽车碰撞缓冲吸能应用方面奠定了基础。     

基于Matlab/Simulink的磁流变阻尼器力学模型的仿真分析

磁流变阻尼器是一种智能型半主动控制的执行装置。分析多种磁流变阻尼器的力学模型含义,针对其中广泛应用的扩充的Bingham模型和修正的Bouc-wen模型,搭建Simulink模型并进行仿真,对比分析了各个力学模型的优缺点。最后,提出了一种少参数的反正切函数力学模型,并通过仿真说明了各个参数的物理含义。仿真试验表明:该力学模型曲线光滑,准确度高,可以应用于磁流变阻尼器的仿真研究。     

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.     

旋转式磁流变阻尼器优化设计与力学性能试验

基于磁流变液的Bingham模型,提出一种应用有限元法对旋转式磁流变阻尼器进行优化设计的方法,通过对阻尼器的结构参数进行优化设计,可以充分发挥材料磁性能,从而获得阻尼器的最优电气参数。研制磁流变阻尼器及其力学性能测试系统,对阻尼器的力学性能进行试验研究,得到了阻尼器的力矩—转速、屈服力矩—电流等力学特性。考虑温度对磁流变阻尼器性能的影响,得到不同温度、不同转速下阻尼器的屈服力矩特性,对磁流变液剪切变稀现象及温度对磁流变阻尼器性能的影响进行分析。     

螺杆挤压-旋转式磁流变阻尼器力学特性研究

传统的磁流变阻尼器所产生的阻尼力通常与驱动速度相关,呈现出黏性阻尼特征。为获得具有库伦阻尼特征的磁流变阻尼器,提出一种具有大尺寸的螺杆挤压的旋转式磁流变阻尼器（screw-rotary magneto-rheological damper,简称SR-MRD）并对其进行力学特性研究。首先,通过分析SR-MRD的结构原理,并基于平板模型来建立各个流体通道的速度分布;其次,基于Herschel-Bulkley模型建立SR-MRD流体力学模型,计算SR-MRD内部压力差以及扭转剪切力;然后,根据SR-MRD流体力学模型计算阻尼力矩,并分析各项关键参数对阻尼力矩的影响;最后,通过加工制作原理样机完成振动试验,验证力学模型的有效性以及阻尼器的实际输出阻尼力矩性能。研究结果表明：SR-MRD试验阻尼力矩与理论计算值基本符合;与传统的旋转式阻尼器相比,不仅能够产生较大的阻尼力矩,而且还具备明显的库伦阻尼特征。     

挤压式磁流变液阻尼器--转子系统的动力学特性与控制

用磁流变液代替常规挤压油膜阻尼器的润滑油,可制成阻尼特性受磁场控制的挤压油膜阻尼器,用于转子系统的振动控制。依据Bingham模型推导了磁流变液挤压油膜的雷诺方程及其解的表达式,给出了油膜流速、压力分布、油膜反力和阻尼器内磁拉力等的计算公式;以磁流变液阻尼器—刚性转子系统为例,理论分析了挤压油膜的力学特性和转子系统的不平衡响应特性;设计和制造了一种用于转子振动控制的挤压式磁流变液阻尼器;试验研究了支承在该阻尼器上的单盘偏置柔性转子系统的不平衡响应特性和控制方法。研究表明,磁拉力可降低一阶临界转速和临界振幅;油膜反力可降低转子系统在无阻尼临界转速处的振幅,并使一阶有阻尼临界转速增大;通过开关控制能使阻尼器具有最佳的减振效果,使转子振幅在全转速区达到最小。     

多自由度磁流变阻尼器设计及其阻尼特性研究

设计了一种新型磁流变阻尼器,可适应于多自由度振动控制.阻尼器采用了分体式结构设计,解决了磁流变液沉淀、过热、布线困难、阻尼通道设计不尽合理等问题,有着易安装、散热好、结构简单、效率高等优点.根据Bingham模型对磁流变阻尼器进行了建模,并采用Simulink进行仿真,分析了控制电流、激振频率和振幅对阻尼器阻尼特性的影响.     

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%。     

磁流变阻尼器动力性能测试与建模

建立磁流变阻尼器精确的力学模型是进行磁流变阻尼减振结构反应分析与设计并取得良好振动控制效果的一个重要前提。首先,对一个最大出力为10kN的磁流变阻尼器进行动力性能测试;其次,基于试验结果分别建立该阻尼器的参数化与非参数化动力学模型,并对所建立模型的有效性进行验证;最后,对两种不同建模方式的结果进行对比分析。结果表明,建立的参数化模型——双曲正切滞回模型能够有效地描述磁流变阻尼器的动力特性;非参数化模型——反向传播(back propagation,简称BP)神经网络正向、逆向力学模型具有良好的训练样本拟合度、泛化能力和抗噪性能;在试验数据拟合度上,BP神经网络模型要好于双曲正切滞回模型,但后者阻尼力表达式形式简单,更易于程序化。     

多层滑动极板式电流变阻尼器的动力学建模

研制了一种多层滑动极板电流变阻尼器 ,并进行了阻尼器的动态特性实验。基于 Bingham塑性理论 ,提出了一种考虑电流变阻尼器的粘性阻尼和库仑阻尼效应的力学模型 ,该模型具有结构简单 ,模型参数少的特点。利用阻尼器动态实验数据 ,用参数优化方法对阻尼器力学模型进行了参数识别 ,仿真结果表明这种力学模型可以较精确地模拟该阻尼器的动态特性     

基于超声作用的磁流变液阻尼器设计与分析

为减小磁流变液阻尼器（MRD）零磁场时的角动量损耗,设计了一种基于超声场作用的磁流变液阻尼器。该阻尼器内置盘型超声振子辐射超声场,可以减小阻尼器零场阻尼力矩。采用有限元法进行了超声振子动力学分析和阻尼器磁路仿真,并通过实验验证了超声振子的输出性能。基于Bingham模型得到了阻尼器的力矩模型。在高速地面负载实验台上进行了阻尼器输出性能测试和超声场调节零场阻尼实验,结果证明超声场可明显减小该阻尼器零场阻尼。     

模糊控制磁流变阻尼器与磁悬浮装置并联减振研究

针对磁悬浮装置参振质量大、刚度和阻尼低、振动幅值大时抑制振动效果差的问题,提出一种磁流变阻尼器与磁悬浮装置并联减振的方法。由于磁流变阻尼器具有非线性和滞回特性,目前的力学模型还不够精确,为此提出采用模糊控制方法对磁流变阻尼器进行控制,建立了基于TMS320LF2407A DSP的模糊控制磁流变阻尼器与磁悬浮并联减振系统。理论分析与实验结果证明,采用模糊控制磁流变阻尼器与磁悬浮装置并联减振,可以达到理想的减振效果,振动幅值可由0.48mm减小到0.16mm。     

多环槽式磁流变阻尼器建模与特性分析

对自行设计的多环槽式磁流变阻尼器进行了理论分析和实验建模,应用Bingham模型,结合实验数据,建立了磁流变阻尼器的动力学模型;分析模型预测值与实验结果,两者吻合良好,从而证明力学模型的正确性,为磁流变阻尼器设计提供了参考依据。     

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。     

挤压式磁流变阻尼器的模型参数辨识研究

由于磁流变阻尼器模型的非线性较强,为了建立准确的模型以及控制算法的设计以实验室试制的挤压式磁流变阻尼器为研究核心,对其进行测试得到示功图;以Bouc-Wen模型为基础辨识出阻尼器模型的参数。结果表明:辨识得到的示功曲线与真实的示功曲线比较吻合,能够较准确地描述阻尼器在实际工作情况下的真实出力,为以后半主动控制算法的研究奠定了基础。     

冲击载荷下磁流变阻尼器动态特性分析及模型参数辨识

对自行设计的长行程磁流变阻尼器进行了冲击试验,测试其在冲击载荷下的动态特性.通过采用非线性最小二乘法对试验数据拟合,得到基于Herschel-Bulkley磁流变液非线性本构特性的平行平板恒流模型能够准确描述,冲击载荷下后坐过程速度下降阶段磁流变阻尼器的动态特性.针对以上模型在高低速时函数表达不同且形式复杂的缺点,采用双曲正切函数描述低速时阻尼力随后坐速度平滑下降的特性,提出一种形式统一、表达简洁的磁流变阻尼器动态模型,并对模型中的参数进行了辨识.利用所提出的磁流变阻尼器动态模型,在Matlab/Simulink中建立磁流变阻尼器冲击后坐仿真平台,并对本次冲击试验进行数值仿真,结果表明仿真曲线与试验曲线吻合较好,证明以上简化模型的正确性.     

基于Bingham模型的磁流变阻尼器的优化设计

利用磁流变液这种智能材料设计制作阻尼耗能器件在近些年得到了广泛重视,但多数采用经验公式决定结构尺寸的方法具有片面性。本文利用Bingham轴对称模型并根据具体使用要求优化设计了阻尼器的结构参数,并编程进行了计算。根据计算结果制作的磁流变阻尼器经测试其性能达到了预期的要求,表明优化设计方法是正确可行的。     

叶片式阻尼器的参数辨识研究

叶片式阻尼器出力特性具有较强的非线性,为建立准确的力学模型,以实验室的一种叶片式阻尼器为研究对象,对其进行示功试验以获得它的出力特性;以双曲正切模型和双曲正切改进模型为基础,依据示功试验的实验数据选用顺序选择遗传算法辨识出这两种模型的参数,并在Matlab中进行出力仿真.结果表明:仿真得到的示功曲线与实验的示功曲线较为吻合,验证了这两种模型的准确性,双曲正切改进模型对比原模型具有更高的精度.