剪切阀式磁流变阻尼器动态特性实验研究

介绍了剪切阀式磁流变阻尼器的结构和工作原理,基于平板模型得出了其阻尼力的计算公式。对自行研制的剪切阀式磁流变阻尼器的阻尼力、电流、位移、速度和频率等动态特性进行了实验研究。结果表明剪切阀式磁流变阻尼器的阻尼力随控制电流的增大呈非线性增加,阻尼力可调系数随电流变化连续可调。在相同振幅下,阻尼器的可调倍数随频率增大而降低,阻尼力随振动频率的增大而增大。通过深入分析该型阻尼器的动力特性,为其在车辆悬挂系统半主动控制中的应用奠定了基础。     

磁流变液阻尼器响应时间的试验研究及其动态磁场有限元分析

摘 要：首先,试验测试了不同速度和电流变化下,大吨位磁流变液阻尼器的响应时间;然后,对激励电流变化时阻尼器的磁场变化进行了有限元模拟,基于阻尼器间隙内磁流变液剪切屈服强度的变化考察了阻尼器的响应时间,并与试验数据做了比较。最后,研究了涡流和阻尼器电磁回路中电流响应时间对阻尼力响应时间的影响。结果表明,可以用有限元模拟得到的间隙内磁流变液的平均有效剪切屈服强度的时程曲线来研究磁流变液阻尼器的响应时间;电磁响应时间是阻尼力响应时间的决定因素,减小阻尼器中的涡流是缩短磁流变液阻尼器响应时间的重要途径;电流下降时涡流对阻尼器磁路的影响要大于电流上升的情况;无论是上升还是下降,电流初值越小,涡流对阻尼器磁路的影响越大,阻尼力响应时间也越长。研究还表明,缩短电流的响应时间,会带来更大的涡流,并不一定能缩短阻尼力的响应时间。     

磁流变液阻尼器动态响应及其影响因素分析

动态响应时间是磁流变阻尼器的一个非常重要的性能参数,它直接决定着磁流变阻尼器的控制频率、应用范围和使用效果.本文定义由初始阻尼力变化到稳态阻尼力与初始阻尼力之差的63.2%时所需要的时间为动态响应时间,对测得的阻尼力上升过程和下降过程曲线进行了数据处理和统计分析,得到了不同测试条件下的响应时间常数,分析了电磁线圈连接方式、阶跃电流幅值、活塞速度值、工作温度等因素对汽车磁流变阻尼器动态响应时间的影响,并作了合理解释.     

一种改进型磁流变阻尼器用于宽频隔振研究

磁流变阻尼器是新一代智能型耗能器，具有反应迅速、提供阻尼力大、控制方便等优点，是实现半主动振动控制的理想元件，目前已在工程领域得到较广泛的应用。但同其它常规流体阻尼器类似，在高频振动时会出现刚度硬化现象，使高频传递率增大，常规磁流变阻尼器多应用于较低频域的振动控制。针对这种情况，提出一种带有解耦机构的新型磁流变阻尼器，即在常规磁流变阻尼器内增加解耦机构。解耦机构的加入使磁流变阻尼器成为一个对振幅敏感的器件，即在不同的振幅下具有截然不同的刚度和阻尼特性。采用Bingham模型建立磁流变阻尼器的阻尼力模型，由隔振系统的动力学模型推导出传递率的表达式。通过对两种磁流变阻尼器进行仿真对比后认为：带有解耦机构的磁流变阻尼器在低频、大振幅时解耦机构几乎不起作用，新型磁流变阻尼器的性能与常规磁流变阻尼器相同，具有大阻尼特性；而在高频、小振幅时，解耦机构处于近似解耦状态，阻尼器具有小阻尼、低动刚度的特性，可减小高频传递率。     

基于磁流变阻尼器的密封减振技术实验研究

针对透平机械密封系统的密封流体激振问题,将一种电流调节式磁流变阻尼器引入密封系统,设计搭建密封转子减振实验台,研究了磁流变阻尼器对不同转速和偏心率下的密封转子振动的抑制规律。实验发现,磁流变阻尼器可以抑制密封流体引起的转子振动,并且随着阻尼器工作电流的增加,抑振效果越好,降幅可达65.02%。利用Labview设计一种基于密封流体激振幅值的开关控制程序,实时监测转子的振动幅值,主动调节阻尼器工作电流,对密封系统进行开关控制实验,取得了良好的抑振效果,最高降幅可达68.71%。     

汽车磁流变阻尼器动态响应测试方法

汽车磁流阻尼器动态响应时间直接决定着磁流变阻尼器的控制周期、应用范围和使用效果,测试其响应瞬态过程具有重要的学术意义和应用价值.根据平板模型瞬态流动理论分析结果和阻尼器实际运行条件,提出了利用MTS试验台提供三角波激励,加速度信号转换电平触发,高速信号记录仪采集阻尼力信号的测试方法,搭建了完整的测试系统,完成了不同激振速度和励磁电流下的测试.测试结果表明阻尼器几何尺寸确定后,响应时间不受施加电流的影响,只是活塞速度的函数,这与理论分析结果相吻合.     

磁流变阻尼器的实验建模

磁流变阻尼器是一种应用前景广阔的半主动控制阻尼器。基于对磁流变阻尼器的实验,建立了描述磁流变阻尼器阻尼特性的Bingham塑性模型和非线性滞回模型。讨论了施加电压（磁场强度）、激振振幅及频率对两种模型的参数的影响。该文提出的非线性滞回模型具有精度高、参数识别过程简单和准确反映磁流变阻尼器滞回特性等优点。     

磁流变液减振器性能试验研究

针对单一的性能评价指标无法表征磁流变液减振器的整体性能、难以实现减振器工作性能最优化的问题,采用试验测试方式,结合最大输出阻尼力、响应时间、示功曲线饱满程度等多个性能评价指标分析减振器在不同外部激励电流与激振速度下性能的变化规律。研究表明：最大输出阻尼力随外部激励电流的增大而增大,且输出阻尼力在活塞运动速度较小时受活塞运动速度的影响较大,在活塞运动速度足够大时受活塞运动速度的影响较小;活塞运动速度的增加会缩短减振器响应时间,阶跃电流的大小对响应时间的影响较小,但减振器的阶跃下降响应时间比阶跃上升响应时间长;在减振器装配过程中常存在的磁流变液灌装不足与体积补偿装置气体压强选择不当的问题会造成示功曲线发生畸变导致减振器的能量耗散性下降。研究结果可为磁流变液减振器的性能优化提供参考依据。     

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。     

磁流变阻尼器实验建模及模糊半主动振动控制

利用磁流变阻尼器特性试验数据,通过曲线拟合等手段建立了双sigmoid力学模型。该模型的参数是控制电流和振动频率、振幅的函数,能准确描述不同激励条件下阻尼力-速度滞回特性。建立了双层隔振系统模型,分析了阻尼比对传递函数的影响。提出了一种模糊半主动振动控制算法。仿真结果表明,该控制算法在宽频范围上能取得很好的隔振效果。     

Energy dissipation control of magneto-rheological damper

The efficiency of a damper depends on the amount of energy dissipation during a typical cycle experienced by the damper. For viscous dampers this leads to substantial frequency dependence. For dampers with hysteresis the tuning and efficiency also depends on the apparent amplitude of the damper response. For irregular damper response the amplitude is evaluated as the magnitude of closed hysteresis loops. These loops are identified in real time by the rainflow rules, stored in a Markov-type matrix and used to predict the magnitude of subsequent closed loops. From this prediction the properties of the semi-active damper are adjusted in real time to optimize performance and avoid clamping of the damper. The efficiency of this adaptive tuning procedure is illustrated for a magneto-rheological damper model.     

滚筒洗衣机瞬态脱水振动的分析与控制

为控制滚筒洗衣机瞬态脱水振动,建立了带有磁流变阻尼器的滚筒洗衣机平面振动模型;通过数值求解,分析了脱水过程按指数规律启动时,系统最大振幅随加速时间常数的变化;讨论了不同稳态转速下,系统最大振幅平均值随衣物负载质量和阻尼器控制电流的变化,结果表明:磁流变阻尼器控制电流对系统最佳加速时间常数的影响不大,对于1～9 kg的衣物而言,采用0.7的加速时间常数可取得较好的综合控制效果。此外,为综合考虑悬挂系统的瞬态抑振与稳态隔振,提出一种简单的磁流变阻尼器控制策略:采用短时傅里叶变换追踪盛水桶振动频率,当该频率大于预设的基准频率后,将阻尼器控制电流从最大降为最小以取得较好的隔振效果,最后,通过仿真验证了该策略的有效性。     

磁流变液阻尼器用于振动控制的理论及实验研究

磁流变液阻尼器作为一种可调阻尼元件,具有控制方便,响应迅速、能耗小、结构简单等特点,在振动控制领域有广泛的应用前景,本文分析了磁流变液阻尼器的四种非线性模型,从理论和实验两方面研究了磁流变液阻尼器在一种振动控制装置中的应用,理论分析和实验表明：磁流变流阻尼器随着控制电流的加大,施加于磁流变液的磁场加强而控制效果更加明显;磁流变液阻尼器在施加控制电流时反应迅速,且在低频时具有显著的振动控制效果。     

A model for signal processing and predictive control of semi-active structural control system

The theory for structural control has been well developed and applied to perform excellent energy dissipation using dampers. Both active and semi-active control systems may be used to decide on the optimal switch point of the damper based on the current and past structural responses to the excitation of external forces. However, numerous noises may occur when the control signals are accessed and transported thus causing a delay of the damper. Therefore, a predictive control technique that integrates an improved method of detecting the control signal based on the direction of the structural motion, and a calculator for detecting the velocity using the least-square polynomial regression is proposed in this research. Comparisons of the analytical data and experimental results show that this predictor is effective in switching the moving direction of the semi-active damper. This conclusion is further verified using the component and shaking table test with constant amplitude but various frequencies, and the El Centro earthquake test. All tests confirm that this predictive control technique is effective to alleviate the time delay problem of semi-active dampers. This predictive control technique promotes about 30% to 40% reduction of the structural displacement response and about 35% to 45% reduction of the structural acceleration response.     

黏弹性隔震系统非均匀与完全非平稳地震响应解析分析

为建立设置支撑的实用黏弹性阻尼器耗能结构及阻尼器系统的抗震动力可靠度分析方法,提出了在非扩阶空间上,基于非均匀和完全非平稳地震激励下,设置支撑的实用黏弹性阻尼器耗能隔震系统响应的通用解析解。对于设置支撑的实用黏弹性阻尼器做等效变换,并建立隔震结构系统的运动方程,在非扩阶空间上获得系统在任意激励和非零初始条件下瞬态响应的非正交模态叠加精确解。基于地震动的强度非平稳和频率非平稳,获得了耗能隔震结构位移、速度,阻尼器受力、受力速度,支撑位移、速度以及阻尼器位移、速度的非平稳均方响应通用解析表达式,并具体得到经典均匀与非均匀调制非平稳随机地震激励和C-P完全非平稳地震动功率谱模型的具体响应解析解。通过结构系统各响应基于该方法的频响函数与直接求解的频响函数对比验证了该方法的正确性。该分析方法的建立为设置支撑的实用黏弹性阻尼器耗能结构及阻尼器系统的抗震动力可靠度分析乃至抗震设计方法的研究提供了一套新的分析途径。     

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。     

磁流变阻尼器MNS模型参数不确定性分析

磁流变阻尼器（Magneto-Rheological damper）因其优异的性能,在地震和风荷载下的结构振动控制中有广阔的应用。采用磁流变阻尼器进行结构控制时,建立相对精确的非线性模型是设计控制策略重要因素之一,也是保证对其进行数值分析时具有较高可信度的关键因素之一。从传统优化方法获得的确定性模型参数无法考虑由于磁流变阻尼器的现象学模型（phenomenological model）内在的不确定性,从而可能导致阻尼器模型出现不准确的预测。使用马尔可夫链蒙特卡洛方法,该研究对磁流变阻尼器的Maxwell Nonlinear Slider（MNS）模型的不确定性分析,并通过与现有200 kN足尺磁流变阻尼器试验结果,证明了概率模型能够更好地预测磁流变阻尼器在预定的正弦曲线位移和实时混合模拟的位移响应下的输出力和能量耗散,从而为进一步分析结构在磁流变阻尼器控制下的响应预测提供了更为有效的工具。     

颗粒运动学行为对阻尼器耗能特性影响的研究

为了进一步探究颗粒阻尼器的耗能机理,基于离散单元法,建立了圆柱形颗粒阻尼器仿真模型,研究了阻尼器内颗粒在不同激励条件下运动形态的变化规律。通过对颗粒在六种运动形态下的耗能分析,发现颗粒不同的运动形态会以不同的冲击形式影响阻尼器的耗能频率和耗能幅值,进而影响阻尼器整体耗能。基于以上结论,提出一种能显著改善颗粒运动形态的波纹管型颗粒阻尼器,与传统圆柱形颗粒阻尼器相比其耗能效果显著增加,验证了相关结论并为颗粒阻尼器在实际工程中的应用中的优化设计提供了理论参考。