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。     

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。     

磁流变阻尼器阻尼力建模及实验分析

结合理论分析与实验数据,提出了关于磁流变液的非线性正弦曲线粘滞环阻尼力模型,并给出了模型中参数的确定方法。该模型能较好地反映磁流变液的滞回特性,与自行设计的阻尼器的实验数据有较高的拟合精度。该力学模型方便计算与控制研究,有较高的实用价值。     

基于磁流变减摆器的修正Bouc-Wen模型参数辨识

磁流变阻尼器现已应用于多个领域,但其低速下的动力学滞回特性是许多数学模型难以解决的问题。文章在磁流变减摆器阻尼力特性实验数据的基础上,基于修正Bouc-Wen模型,建立了含滞回环的非线性阻尼力计算模型。通过数学计算,分析模型参数对滞回环大小及旋转方向的影响,并对模型进行参数辨识。对比模型仿真数据与实验数据,结果表明:基于修正Bouc-Wen模型建立的非线性阻尼力计算模型,仿真结果与实验数据拟合程度高,模型能够准确地体现磁流变减摆器在低速下的动力学滞回特性。     

环形折线阻尼通道磁流变阻尼器设计与分析

依据磁流变阻尼器的技术要求,对具有阻尼通道有效长度短、阻尼力小、行程有限等缺点的环形通道磁流变阻尼器进行改进,提出自行设计的环形折线阻尼通道磁流变阻尼器。对该新型磁流变阻尼器与环形通道磁流变阻尼器进行对比,并建立了该阻尼器的力学模型。然后从阻尼力角度出发,对该阻尼器的阻尼通道间隙h进行理论分析。最后应用MATLAB软件对该阻尼器和环形通道阻尼器建模,绘制电流和阻尼力之间的关系曲线,从比较结果可知新型磁流变阻尼器输出的阻尼力要超过环形通道磁流变阻尼器输出的阻尼力约为2倍以上。     

磁流变阻尼器非线性动力学行为的实验研究

磁流变阻尼器具有阻尼力大范围高度可控且耗能功率小的优点,在结构的半主动控制中有广泛的应用。磁流变流体及其元器件的动力学行为因其磁流变现象而存在滞回效应,对这种滞回效应的研究是其相关应用的基础。对磁流变阻尼器在多种激励电流与加载频率下的滞回动力学行为进行了实验研究,并进行了数学建模与参数识别。结果表明:磁流变阻尼器的阻尼力大小由激励电流控制,其非线性滞回特性具有频率依赖性;实验数据与模型仿真值的比较显示,模型可以准确模拟磁流变阻尼器滞回阻尼特性。     

温度对磁流变液阻尼器力学性能的影响

设计并搭建一套磁流变液阻尼器力学性能测试系统,用该测试系统对所制作的磁流变阻尼器的力学性能进行实验研究。利用LabVIEW编写数据采集平台对温度和压力传感器的电压信号进行采集,并利用MATLAB对数据进行分析。探究磁流变液阻尼器在不同温度下施加不同电流时的阻尼力特性,并初步探讨磁流变液的黏温性能。实验结果表明:磁流变液阻尼器输出阻尼力在20~40℃之间受温度的影响较大,且随着温度的升高,阻尼力呈下降趋势。     

泡沫金属磁流变液阻尼器的半主动控制特性研究

设计了一种新型的泡沫金属磁流变液阻尼器。在磁场的作用下,磁流变液从泡沫金属中抽出进入到间隙,并产生可控阻尼力。针对泡沫金属磁流变阻尼器,搭建测试系统,通过激振器产生激励并施加给被控对象;采用激光位移传感器采集振动信号,采集卡将信号输入到计算机中;利用PID控制处理信号并输出电流,从而调节泡沫金属磁流变液阻尼器输出的阻尼力,控制外界结构的振动。实验结果表明,泡沫金属磁流变液阻尼器的可控阻尼性能良好,进一步验证了泡沫金属磁流变液阻尼器的半主动控制效果。     

基于Matlab磁流变阻尼器Bouc-Wen模型的参数识别

为解决磁流变阻尼器Bouc-Wen模型参数识别方法复杂、不易实现的难题,采用Matlab中的Simulink Design Optimization工具,在Simulink中搭建Bouc-Wen模型,利用磁流变阻尼器力学特性试验得到的试验数据,对Bouc-Wen模型进行参数识别。结合各参数的物理意义对得到的识别结果进行分析,确定出阻尼力调控参数,并在Matlab中进行线性拟合,得到其与电流的函数关系。最后搭建考虑阻尼力调控参数的Bouc-Wen仿真模型,用不同幅值和频率的正弦激励进行仿真,并将仿真结果和试验数据进行对比。结果表明:仿真结果和试验数据能够很好的吻合,得到的参数满足要求。     

垂直磁场圆孔型阻尼器的实验研究

根据磁流变液的流变特性,设计了一种垂直磁场圆孔型阻尼器,其外加磁场方向垂直于磁流变液的流动方向。对该阻尼器的阻尼特性进行了实验研究,测试了阻尼力与外加磁场、振幅、频率的关系,收到了良好的实验效果。如果不加磁场,又可以作为普通流体阻尼器使用。     

活塞式磁流变减摆器阻尼力模型建立及实验研究

活塞式磁流变减摆器阻尼孔的大小直接影响到输出阻尼力。在实验的基础上,建立特定结构磁流变减摆器阻尼力的数学模型和AMESim液压模型,通过实验结果分别对两种模型进行验证,确保模型的正确性。两种模型的建立可为今后活塞式磁流变减摆器的设计提供理论依据,减少设计周期和研究成本。     

磁流变减振器的温度场分析

针对目前磁流变减振器的温度场研究较少且现有技术手段无法监测到减振器内部的温度分布,考虑温度对减振器性能的影响,对温度场的分析十分必要。理论分析得到温度对减振器阻尼力及可调系数的影响;考虑到流固传热及流场的相互耦合作用,分别建立流场及流固传热数学模型。在仿真软件中对减振器进行多物理场耦合建模,分析磁流变减振器的温度变化,得到其内部磁流变液的流动状态及变化规律。通过改变活塞头冲程和参数化扫描改变其阻尼间隙,获得不同条件下的温度场、流场分布状态。     

基于磁流变阻尼器的滚珠丝杠进给系统主动抑振研究

针对滚珠丝杠进给系统轴向振动影响工件的加工质量和精度保持性的问题,将磁流变阻尼器应用于机床滚珠丝杠进给系统轴向抑振。设计磁流变阻尼器,进行磁流变阻尼器阻尼特性试验,采用最小二乘法和BP神经网络对阻尼力进行了辨识。建立带有磁流变阻尼器的机床滚珠丝杠进给系统单自由度振动模型,基于Runge-Kutta法计算了系统的动态响应。通过数值计算发现：阻尼器输入电流由零逐渐增大时,系统能够快速趋向于稳定;由幅频曲线可以看出,磁流变阻尼器抑制滚珠丝杠进给系统的振动是可行的。最后试验验证了磁流变阻尼器能够很好地抑制滚珠丝杠进给系统的振动。     

并联式磁流变阻尼器磁场分布分析

为了更好地利用长行程磁流变阻尼器阻尼通道内磁场有效面积及控制的灵活性,实现对冲击力和位移的平稳控制,对阻尼器进行了磁场有限元仿真与分析,给出了4个线圈输入电流不同时阻尼通道内有效长度上的磁感应强度分布的非参数化模型。结合冲击载荷下控制目标,为控制算法的设计奠定了基础。     

电流变技术在车辆减振装置中的应用研究

电流变技术应用于车辆减振控制具有响应速度快、阻尼无级可调、能耗低等特点,可以通过适当的控制规律实现对结构振动的最优控制。本文通过对充气式电流变减振器原理进行分析,讨论了减振器阻尼力计算公式,它包括电流变液基础粘度引起的本底阻尼力、由电场作用引起的电致阻尼力和气室气体引起的压力三部分。开发了一种结构简单的充气式电流变液体减振器,对影响减振器性能的主要结构参数进行了分析讨论,给出了减振器设计中参数选择的一般原则和应注意的问题。通过台架实验,对所设计的电流变液体减振器性能进行了考察,得到了较好的示功图和速度特性曲线,为车辆路试奠定了基础。     

高冲击下电流变阻尼器多物理场建模与仿真

针对将电流变阻尼器应用于冲击载荷下的火炮反后坐装置,阻尼器采用固定电极板式结构,利用COMSOL Multiphysics多物理场软件,建立电流变阻尼器的二维轴对称几何模型,根据计算流体动力学模块,得到不可压缩的电流变流体层流仿真。分析高速冲击下电流变流体在环形间隙的流动情况,并且在变化的电场耦合作用下,仿真计算出电流变阻尼器输出阻尼力的大小,同时也研究阻尼器结构参数对输出阻尼力的影响。仿真结果表明:在1~5 k V范围内增加极板电压,环形通道流体速度降低1.03 m/s,总输出阻尼力提高375.9 N;在电场强度为5 k V/mm情况下,阻尼通道有效长度增加25mm,阻尼力由828.2 N增大至1 950.8 N;保持阻尼通道长度不变,环形间隙增大1.5 mm,阻尼力下降至113.3 N。     

双线圈磁流变阻尼器动力特性实验研究

设计了一种双线圈磁流变阻尼器,并介绍了其工作原理。在INSTRON拉伸机上对所设计的双线圈磁流变阻尼器的动力特性进行了试验测试,分析了双线圈通同向电流、通异向电流以及固定其中一个线圈电流,改变另外一个线圈电流这3种电流加载条件下的阻尼器动力特性,同时对比分析了不同拉伸位移和不同加载频率下的阻尼力随位移及阻尼力随速度变化的关系。结果表明:该阻尼器的零磁场强度下的阻尼力值为120 N;改变加载频率和拉伸位移,发现加载频率变化对阻尼力大小影响较大;双线圈通异向电流时的阻尼力明显大于通同向电流时的阻尼力,通异向电流1.0 A时阻尼力最大能达到1.21 k N;固定一个线圈电流,改变另一个线圈的电流,总电流相等时其阻尼力基本相等,说明所设计的双线圈产生的磁场也相等,具有较好的对称性。