磁流变减振器磁路设计与结构优化

设计了基于混合工作模式的微型汽车磁流变减振器,讨论了结构参数对磁流变减振器阻尼力和可调系数的影响.提出了基于磁路设计的结构优化方法,对磁流变减振器的一些关键尺寸进行优化、计算,以确保各部分磁化工作点接近于饱和工作点,阻尼通道处的磁场强度达到设计要求,且磁响应时间最短.电磁有限元计算结果验证了磁流变减振器的磁路设计.应用磁路优化设计方法设计、制造了3个原型磁流变减振器,并完成了台架试验.试验验证了理论模型的预测.表明磁路优化设计方法是正确和有效的.磁路优化设计方法能够使磁流变减振器的结构更加紧凑,能量利用率更高,调节范围增大,响应速度加快.     

汽车磁流变碰撞缓冲器的优化设计与分析

为改进汽车碰撞安全性能,提出一种基于磁流变技术的新型汽车智能碰撞缓冲器的设计方案。针对现有磁流变缓冲器高速环境工作中存在设计理论不足的问题,提出以宾汉塑性非线性流体修正模型为理论基础,将优化目标转化为响应时间、最大阻尼力和阻尼力的动态范围三个指标的加权和,运用遗传算法对所设计的磁流变缓冲器结构参数进行优化的方法。优化结果表明,所提出的设计和优化方法使磁流变缓冲器具有更好的磁路结构,更短的响应时间。     

考虑温度因素的磁流变减振器的优化设计与实验

磁流变(Magneto-rheological简称MR)减振器在运行过程中,会出现阻尼力随温度升高而下降的现象,为了在不同温度下都能输出足够的阻尼力,在结构设计时考虑温度因素至关重要。为此,本文引入了评价系数,对较高温度下MR减振器是否有能力能够输出足够的阻尼力进行衡量,并与MR减振器的最大阻尼力和动态范围作为优化目标。利用有限元方法获得了工作区域的磁感应强度,并采用响应面法建立二阶预测模型描述了磁感应强度与结构参数之间的非线性关系;结合非支配遗传算法(Non-dominated sorting genetic algorithm II,NSGA II)对MR减振器的进行了多目标优化设计,根据优化结果制造了磁流变减振器,并进行了试验测试,验证了设计方案的有效性。     

磁流变液减振器的多目标优化与设计

磁流变液减振器由于其结构简单、可靠性高、稳定性好、减振效果出色等优点,成为了当今国内外学者和生产商研究和开发的热点。磁流变液是磁流变液减振器的核心元件,通过改变外加磁场,可以可逆、连续、快速的调节其粘度。磁流变液减振器在车辆的半主动悬架系统中起着关键性的作用,为了能让车辆快速、平稳的行驶,磁流变减振器需要具备良好的动力学籽陛、低功耗特性以及良好的系统响应,但目前绝大多数的研究与设计仅仅是以其中某一项为目标进行优化,优化出来的磁流变液减振器很难满足综合性能要求。此项目从多目标的角度出发,通过遗传算法计算其结构参数,设计出适用于实际车型应用、满足综合性能的磁流变减振器。     

矩形凹结构转子磁流变阻尼器的设计与优化EI北大核心CSCD

针对传统盘式磁流变阻尼器(magneto-rheological damper,MRD)力矩密度偏低的问题,提出在转子端面构造凹结构以增加有效工作间隙长度,保持结构尺寸紧凑的同时,提高输出力矩密度。分别建立了传统盘式、矩形凹结构和弧形凹结构力矩模型,通过关键尺寸设计和定量对比分析表明,在同等条件下矩形凹结构对提升力矩密度效果更佳。为充分利用矩形凹结构的力矩增益效应,定量地分析了矩形槽位置、槽宽和槽深等关键参数对力矩密度和力矩波动的影响规律,得到了关键参数合理的优化区间。在满足目标设计力矩、线圈功率及确定的参数取值范围前提下,以体积最小为目标函数,对包括矩形凹结构的磁流变阻尼器结构参数进行了优化设计。结果表明,优化后装置力矩密度增幅达23.39%,为矩形凹结构转子阻尼器的实际设计提供了指导。     

参数慢变非线性磁流变悬架系统主共振研究

针对磁流变减振器会随工作温度变化阻尼力发生改变,进而降低磁流变悬架系统性能的问题,基于传热学方程和参数慢变非线性振动理论研究温度变化对磁流变非线性悬架系统的主共振动力学行为的影响。根据传热学理论建立磁流变阻尼器工作区域能量微分方程,用数值方法求出温度变化规律,用改进的Bingham模型计算磁流变阻尼力;建立慢变参数磁流变非线性悬架系统动力学方程,利用平均法求解主共振激励下的动行程稳态幅值响应。研究表明,随着磁流变阻尼器运行时间增加,温度逐渐升高,阻尼器输出阻尼力大幅降低,悬架动行程稳态振幅变化量也越大,导致悬架系统性能偏离设计目标。     

旁通小孔与环形通道并联型轿车磁流变液减振器

针对磁流变液减振器体积补偿与活塞换向时阻尼力非圆滑过渡问题,提出一种具有串级环形通道、并联旁通小孔、浮动活塞充气补偿的磁流变液减振器结构。依据磁流变液流变学测试数据确定Biplastic-Bingham本构模型参数;建立阻尼通道内磁流变液准稳态流动微分方程,结合本构模型得到流经活塞流量与上下腔压力差的关系;研究活塞旁通小孔节流、导向环状间隙节流、浮动活塞补偿和各部件间摩擦力共同作用下阻尼力的计算方法;依据国产某型号轿车悬架技术参数,设计制作磁流变液减振器样机,并对样机进行示功特性测试。测试结果表明:减振器示功曲线圆润饱满,各种励磁电流下磁流变阻尼器的理论阻尼值与测试值能较好吻合。     

磁流变减振器高频硬化特性建模及优化

为准确反映磁流变减振器(MRD)的高频输出特性,基于考虑液体流动惯性和可压缩性的基本磁流变减振器模型,结合高频情况下的MRD内部流动特征,引入流动局部损失成分并考虑磁流变减振器液室内压力分布规律提出了修正的高频模型。为验证模型的准确性,采用动态分层的动网格方法进行了在活塞高频往复运动下磁流变液室内流动情况的计算流体力学(CFD)仿真并获得阻尼力输出。仿真结果表明,提出的模型能够反映磁流变减振器的高频动态硬化情况并准确地预测高频特性曲线中峰值对应频率和峰值大小。最后基于修正的理论模型在保证低频使用性能的前提下以改善高频动态硬化为目标对MRD结构参数进行了优化设计,改善了其高频硬化特性,为MRD的应用和设计提供了参考。     

基于修正Backlash滞环的磁流变减振器建模

针对磁流变减振器在半主动控制应用中的非线性建模问题,借鉴电磁学中描述磁滞现象的方法,引入动态Backlash like模型描述阻尼力-速度特性中的滞回现象,兼顾磁流变减振器在不同电流及不同频率时的动特性,利用Sigmoid函数修正Backlash滞环,并考虑磁流变液屈服后黏性及充气压力作用,并联一个弹簧-阻尼系统,从而提出一种修正Backlash滞环的参数化模型.在试验台架上对自制的磁流变减振器进行不同电流和频率下的动特性试验,用试验数据对模型参数进行辨识,并验证了该模型的预测性能,预测误差小于10%～15%.该模型结构简单,能较精确地描述和预测磁流变减振器动特性,具有良好的实用价值.     

单筒充气型轿车磁流变液减振器研究

针对传统的双筒型磁流变液减振器底阀容易堵塞和单筒浮动活塞密封困难的问题,提出了一种单筒复合节流充气气囊补偿的磁流变液减振器。利用实验数据辨识了磁流变液的Herschel-Bulkley本构模型参数;建立了环形阻尼通道内磁流变液准稳态流动微分方程,利用Herschel-Bulkley本构模型得出了磁流变液速度分布表达式;研究了非牛顿流体环形通道节流、牛顿流体小孔节流和气囊补偿共同作用下的阻尼力计算方法。根据某轿车悬架参数要求,设计制作了磁流变液减振器样机;利用WDTS型油压减振器实验台对其进行了示功特性测试。测试结果表明:在不同电流激励作用下,磁流变液减振器的理论阻尼力值和测试值吻合较好,所提出的分析方法是合理的。     

全通道有效磁流变阻尼器的性能测试与滞回模型

传统剪切阀式磁流变阻尼器在活塞上缠绕励磁线圈,导致1/2以上长度阻尼通道无效,影响阻尼器的最大出力。为了克服上述缺陷,在前期概念设计和理论分析的基础上,制作了2个全通道有效的磁流变阻尼器模型,测试了其在不同电流输入状态下阻尼通道处的磁场分布以及力-位移、力-速度等力学性能曲线,并通过对改进型Sigmoid模型的参数识别建立了模型阻尼器的动力滞回模型。研究表明,模型阻尼器阻尼通道处的磁场分布与有限元分析结果基本符合,其磁路结构可较好地实现全通道有效;全通道有效磁流变阻尼器的最大阻尼力比传统剪切阀式磁流变阻尼器的最大阻尼力提高一倍以上,阻尼力调节系数提高70%以上;改进型Sigmoid模型结构形式简单,识别精度高,可作为全通道有效磁流变阻尼器的动力滞回模型。     

磁流变阻尼器与拉索振动控制研究

磁流变阻尼器是一种新型智能装置,具有阻尼力连续逆顺可调并且可调范围大、良好的温度稳定性以及很好的耗能减振等特点,因而在拉索振动控制中较其它阻尼器具有显著的优势.本文总结介绍了自2000年以来应用磁流变阻尼器抑制拉索振动方面的主要研究成果.进行了拉索-磁流变阻尼器系统的减振性能仿真研究,得到了拉索模态阻尼比与阻尼器安装高度、输入电压等参数的关系,提出了应用磁流变阻尼器进行拉索振动控制的数学模型和工程实用设计方法.开展多次现场试验研究,全面评估了磁流变阻尼器的实际减振性能.开发了磁流变式拉索减振新技术,并已于2002年在岳阳洞庭湖大桥全桥实施.作者发明了一种永磁调节式磁流变阻尼器,解决了供电无保证时磁流变阻尼器的应用问题;并将其应用于长沙洪山大桥的拉索减振.近4年来显示了磁流变阻尼器对拉索良好的减振效果.     

永磁调节式MR阻尼器试验研究及工程应用

设计制作了永磁调节式MR阻尼器，在专用加载试验台上对该阻尼器的力学性能进行了试验研究，分析了影响阻尼力的各种因素，对永磁式MR阻尼器和油阻尼器、橡胶阻尼器进行了拉索减振的现场对比试验研究。结果表明，所设计制作的永磁式MR阻尼器阻尼力可调范围大，比油阻尼器具有更好的温度稳定性和更大的耗能减振能力，能保证每根拉索取得最优的减振效果。该阻尼器巳成功应用于长沙洪山大桥，解决了该桥严重的风致振动问题。     

基于磁流变阻尼器的结构振动优化控制

磁流变（MR）阻尼器利用MR流提供可控性是当今最新的半主动控制装置，工程应用前景十分广阔，但由于MR阻尼器所固有的高度非线性动特性，使得描述其阻尼力-输入电压关系的逆向动特性的数学模型很难得到，而逆向动特性模型对实现整个控制策略又是至关重要的。本项研究针对这一问题提出运用神经网络技术建立MR阻尼器的神经网络模型来模拟其逆向动特性，并设计与之相适应的控制系统，建立起基于MR阻尼器的结构振动控制的有效分析方法，通过数值仿真结果探讨所提出的结构控制策略的有效性。     

面向轨道车辆抗蛇行振动的磁流变脂阻尼器设计与台架测试

针对磁流变液阻尼器存在磁场利用率不高和磁流变液沉降导致控制特性劣化的问题,提出一种基于多级径向流动模式的磁流变脂阻尼器方案,将磁流变脂的多级径向流动分解为源流与汇流的对称组合,建立了磁流变脂径向流动的分析模型。利用磁流变脂微单元平衡得出了磁流变脂尊静态径向流动微分方程,采用磁流变脂双粘度本构模型和无滑动边界条件,导出了磁流变脂径向流动速度分布函数和径向压力梯度分布函数。绘制了磁流变脂在不同半径处流动速度分布图,得到了磁流变脂阻尼器的阻尼力计算方法。按照轨道车辆抗蛇行减振器的技术要求,设计制作了基于多级径向流动模式的磁流变脂阻尼器样机,利用J95-I型油压减振器试验台对其示功特性进行了测试,结果表明在不同激励电流下的磁流变脂阻尼器理论示功特性与实验示功特性能较好吻合。     

Multi-objective optimal design and performance of magnetorheological damper

In order to solve the problems of high power consumption and low output damping force of magnetorheological dampers, the relationship model between the structural parameters and the optimization objectives of dampers is established with the low power consumption and lightweight of magnetorheological dampers. The key structural parameters of the magnetorheological damper are optimized by the multi-objective genetic algorithm, and the optimal solution is obtained, and the optimized magnetorheological damper is tested and studied. The rationality of the selected parameters is verified by experimental study. The results show that the power consumption of magnetorheological dampers is reduced by 43 % and the damping force is increased by 30 % after optimization. There is a balance relationship between the power consumption optimization and the damping force optimization of the damper. Therefore, when finding the optimal solution, we should consider the needs of the actual situation and select the most reasonable parameters.     

阻尼力双向调节磁流变阻尼器的性能测试与滞回模型

基于概念设计和理论分析,制作了4个阻尼力双向调节磁流变阻尼器的模型,并测试了模型阻尼器在不同输入电流状态下阻尼通道内的磁场分布以及力-位移和力-速度等性能曲线;通过对改进型Sigmoid模型的参数识别,建立了模型阻尼器的动力滞回模型。研究表明:模型阻尼器的磁路结构能够较好地实现阻尼力的双向调节,且阻尼通道内的磁场分布基本满足设计要求;模型阻尼器在零、最大正向和最大负向电流状态分别实现中等出力、最大出力和最小出力,且零电流状态的中等出力既能保证阻尼器的故障安全性能,又能防止磁流变液沉降;所建立的滞回模型简单、实用,且精度高。     

多环形槽结构磁流变阻尼器的实验建模

对自行设计的、多环形槽结构磁流变阻尼器进行了理论分析与实验建模.该阻尼器的主要特点是在阻尼活塞周向表面上开有若干个矩形齿状环形槽,并且通过磁路设计,使流经阻尼通道处的磁流变液流动方向与其作用的磁力线方向垂直,用以增大阻尼力和阻尼力变化范围.然后从磁流变液的流变特性、电磁学的角度出发,利用修正了的非牛顿流体宾汉模型、结合实验数据,建立了该阻尼器的力学模型.利用该模型绘制和分析了外加磁场(通过施加电流实现)和阻尼力之间关系曲线,与实验结果较好吻合,从而证明了模型的正确性,为磁流变液阻尼器设计和性能预测提供了参考.     

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.