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。     

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。     

磁流变液减振器的磁路设计方法研究

针对传统的磁流变减振器磁场利用率不高的问题,提出了一种基于多级径向流动模式的磁流变减振器。以磁流变液作为控制介质,研究其流变学特性与磁化特性;选择相应的软磁材料,利用多项式描述其磁化特性,并辨识相应的参数。根据动态磁路设计理论,建立磁路分析模型,确定工作间隙内磁感应强度与励磁线圈激励电流的理论关系。为了验证理论推导的正确性,利用有限元分析软件对阻尼调节器内的磁路进行仿真,并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减振器,利用型号为A1322ELHLT-T3的霍尔传感器对其工作间隙的磁感应强度进行检测,与理论结果进行对比分析。     

基于双粘本构模型的汽车磁流变液减振器阻尼特性分析

将磁流变液在环形阻尼通道的流动简化为无限宽平板间的准稳态流动,建立了磁流变液平板准静态流动方程,利用磁流变液的双粘本构模型、边界条件和相容条件,得出了磁流变液速度分布,并分析了不同粘度比对磁流变液的流动速度分布的影响,在给定活塞速度和环形通道的几何尺寸条件下,对汽车磁流变减振器的阻尼特性进行理论预测,并研究了磁流变液减振器的双粘阻尼特性.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减振器,在山川减振器公司对此进行了台架试验研究,试验结果表明应用所提出的理论分析模型和设计原理是可行的.     

磁流变阻尼器的力学设计及试验研究

在反映磁流变液剪切稀化(稠化)特性的Hersehel-Bulkley模型的基础上对双粘性滞回本构模型进行修正,根据液体准静态平板流动方程,得出了磁流变液在环形阻尼通道内的速度分布函数,推导出磁流变阻尼器阻尼力计算公式.在给定阻尼器活塞速度情况下对磁流变阻尼器的阻尼力进行理论计算预测;设计并制造了小型的磁流变阻尼器样机,对其进行试验测试,测试结果表明理论模型与设计方法可行.     

考虑迟滞特性的多级刚度扭转减振器建模及试验验证

利用双曲正切拟合函数,建立了可推广的考虑迟滞特性的多级刚度扭转减振器扭矩传递特性数学模型,并通过了试制的多级刚度扭转减振器特性台架试验验证。探讨了基于不同拟合因子的双曲正切函数在阶跃函数和分段线性函数拟合中的应用。针对具有非对称特性的两级和三级刚度扭转减振器,建立了考虑迟滞特性的扭转减振器扭矩传递特性的非连续、不可微分的数学模型,之后利用双曲正切拟合函数重新推导了建立的扭转减振器扭矩传递特性模型,并将结果推广至多级刚度扭转减振器。利用扭转减振器台架试验,验证了利用双曲正切函数拟合的可推广的多级刚度扭转减振器扭矩传递特性模型的有效性。     

火炮磁流变阻尼器试验分析与动态模型

火炮磁流变阻尼器工作在高速高冲击条件下,其动力特性及其力学模型与常用的磁流变阻尼器存在较大不同。针对某型号火炮设计了反后坐用磁流变阻尼器,并进行了5种不同电流下的动态测试,验证了该阻尼器对反后坐控制的可行性。由试验分析得,火炮磁流变阻尼器的输出力不仅与控制电流和后坐速度有关,还与高冲击条件下的磁流变效应的复杂性、惯性力、腔体内气体压力等因素有关。提出了用改进的多项式模型描述火炮磁流变阻尼器,该模型具有形式简洁,易于求解逆模型,便于实时控制等优点。通过参数辨识后的模型能较好的描述火炮反后坐过程中阻尼器的输出力。     

一种剪切式磁流变车削减振器的设计与减振试验

将智能材料——磁流变液应用于外圆车削振动控制的研究中。针对普通CA6140车床的结构,通过结构设计、磁路设计研制了一种剪切模式的磁流变车削减振器。建立了基于磁流变减振器的车削系统动力学模型,并通过仿真验证了减振效果。利用有限元法对减振器的磁路进行了优化,优化后磁路面积相对初始设计减小24%,使减振器结构更紧凑,且磁场在非磁流变区域的损耗减小,从而提高了减振器的工作效率。建立外圆车削减振试验系统来对磁流变减振器的减振效果进行试验研究,结果表明减振器可以对车削振动进行有效地控制。     

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。     

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。     

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。     

基于组合目标函数的磁流变减振器优化设计

以线圈消耗功率和活塞体积为目标函数,以可调阻尼力和时间响应常数为约束条件,以几何及线圈参数为设计变量,研究使目标函数最小化的磁流变减振器结构优化设计方法.推导了流动模式磁流变减振器的阻尼力计算公式,建立了磁流变减振器时间响应常数和线圈功率表达式.以有限元分析软件ANSYS的参数化设计语言(APDL)为优化工具,对磁流变减振器进行了结构优化设计.优化结果表明:优化后磁流变减振器体积明显降低,线圈功率减小,时间常数缩短,达到了优化目的.     

某单缸双通道磁流变阻尼器的时间响应特性分析

所有实时控制应用都需要快速响应时间。为使磁流变阻尼器满足实时控制的需要,动态响应时间的研究就变得尤为重要。以某新型双通道磁流变阻尼器为研究对象,对影响阻尼器响应时间的各环节进行研究,通过仿真结果结合理论分析建立电磁响应模型,使用有限差分法建立磁流变液流变效应过程的数学模型,获得从断电到通电通道内流场及阻尼力的的变化过程,从而获得阻尼器的动态响应时间。通过阻尼器响应时间测试实验,获取阻尼器的实际响应时间,与理论计算的结果进行对比,验证该计算方法的可信性。     

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.     

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。     

Design of magnetorheological damper with a combination of shear and squeeze modes

Magnetorheological (MR) damper is a semi-active suspension device that uses MR fluid to produce controllable damper. The mechanical properties of the suspension can be controlled by adjusting the yield stress of MR fluid. This paper presents the design of a new concept for MR damper with a combination of shear and squeeze working modes. Finite Element Method Magnetics (FEMM) was utilized to simulate the magnetic field generated by electromagnetic coils in MR damper. The MR damper was designed and fabricated according to the simulation results. The experimental tests were performed under quasi-static loading in three different conditions; shear mode, squeeze mode and combination of both modes. The results showed that the mixed mode MR damper has produced a unique damping characteristic where in general, a higher damping force has obtained in mixed mode than single mode.     

基于Herschel-Bulkley模型的火炮磁流变后坐阻尼器设计与分析

针对枪炮冲击型MR阻尼器的特点，以某单管25mm火炮为研究对象，基于Herschel-Bulkley本构模型，建立了该25mm火炮磁流变后坐阻尼器的轴对称一维层流模型。同时运用ANSYS软件，建立了该阻尼器MR阀的电磁有限元模型，求得了环状流口间MR流体的磁通密度。将MR流体流动模型和MR阀有限元结果相结合，求得了不同MR流体行为指数和不同磁场作用下阻尼力随活塞速度的变化规律。建立了火炮后坐运动方程，评价了MR流体行为指数对后坐阻尼器性能的影响。     

基于LQR的磁流变阻尼器的离散半主动控制

目前的结构半主动控制多以位移和速度作为状态反馈参数,从而得到结构的最优控制力,这样造成了测量困难、数据传输困难和布线复杂等问题,严重影响了实际工程中的应用。本文提出了基于结构层间相对位移和相对速度的离散控制算法,此算法通过附加于磁流变阻尼器上的位移计测量得到相对位移,进而微分得到相对速度,并用此数据独立确定本楼层的最优控制力。数值算例表明本文提出的算法对结构有较好的减震效果,具有较高的工程应用价值。     

磁流变液阻尼器试验与建模研究

针对参数化模型不能直接反映阻尼器逆向动态特性、非参数化建模需大量试验数据问题,提出两者结合模型。该模型用自适应神经模糊系统建立位移、速度对阻尼力的非线性表达模型,用参数化方法描述阻尼力随电压及速度的变化输出模型。研究表明,此建模方法能较好逼近磁流变液阻尼器试验结果并反映其非线性特性,便于实际控制,且可减少计算工作量。