变间隙磁流变胶泥缓冲器理论研究与试验验证EI北大核心CSCD

传统磁流变(magnetorheological, MR)缓冲器通常采用等间隙阻尼流道,对于冲击环境下仅靠励磁控制方法实现柔顺耗能极具挑战。针对此问题,提出一种缸筒截面具有锥度特征的磁流变胶泥缓冲器,其阻尼间隙随活塞位移增大而逐渐减小,同时伴随磁感应强度增大,进而提升阻尼力,以期通过结构设计方法补偿冲击环境下缓冲力的衰减。通过建立双坐标系分析了动态磁场与位移、电流之间的关系;采用微分思想将变间隙阻尼通道分为若干微元,基于Herschel-Bulkley (HB)本构模型得到微元阻尼通道的截面流速分布;考虑局部损耗,构建了HB-Minor Losses(HBM)动力学模型,定量分析了各局部损耗因素的影响;进一步分析了位移变化对截面流速、局部损耗压降、总压降的影响。搭建了锤重为93.2 kg的冲击试验平台,并开展了不同冲击速度和电流下缓冲器动力学性能测试。结果显示缓冲器具备良好的可控性,其动态范围高达2.0,最大缓冲力达55 kN。将试验结果与理论模型进行比较,发现HBM模型能够准确预测变间隙磁流变胶泥缓冲器动力学性能。     

基于多级径向节流与柱状波纹压溃的碰撞盒研究

针对汽车碰撞盒容易出现欧拉失稳导致吸能特性劣化问题,研究了一种柱状波纹压溃与胶泥流动产生压差缓冲的碰撞盒。通过实验研究了所用胶泥材料的Oswald-de Waele冥律流体本构模型,得出了胶泥的模型参数;采用落锤冲击实验方法研究了柱状波纹压溃件的冲击力传递特性;建立了胶泥在多级径向通道中流动的连续性方程和控制微分方程,推导了不同径向位置的径向速度分布表达式和压力梯度;采用平均惯性法分析了惯性效应对于压力梯度的影响,得到了胶泥在碰撞盒中非稳态流动缓冲力计算方法。为验证理论计算的合理性,设计制作了胶泥多级径向流动节流与柱状波纹压溃共同作用的碰撞盒样机,利用落锤冲击试验机和力传感器构建了冲击测试平台,并对缓冲装置进行了两种不同高度的冲击实验,比较了不同冲击能量下的胶泥缓冲器传递冲击力的测试值与理论值,分析了产生误差的原因。     

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。     

弹性胶泥缓冲器关键参数对快捷列车纵向冲动的影响EI北大核心CSCD

根据弹性胶泥缓冲器的结构原理,构建了基于速度型的弹性胶泥缓冲器模型,利用空气制动和纵向动力学联合仿真系统,分析了弹性胶泥缓冲器关键参数对快捷列车纵向冲动的影响。仿真结果表明:缓冲器的初压力和弹性胶泥的流动指数对列车的纵向冲动影响较大,而与机构相关的综合等效刚度对列车的纵向冲动影响较小。随着缓冲器初压力的不断增大,车钩力和加速度最大值均逐渐增大;初压力由20 kN增大到100 kN时,列车车钩力最大值增长了14.4%;加速度最大值增长了32.9%;胶泥流动指数在0.1~0.5内变化时,车钩力和加速度最大值变化较小;胶泥指数在0.5~0.9内变化时,车钩力和加速度最大值均随胶泥流动指数的增加呈指数级增长。胶泥流动指数在0.5~0.9内变化时,车钩力最大值增大了51.7%;加速度最大值增幅为59.5%。这为新型弹性胶泥缓冲器结构参数的设计提供了理论指导。     

磁流变胶泥磁致流变学行为微观动力学模型研究

针对磁流变胶泥材料在外加磁场作用下悬浮相内磁相互作用机理和材料设计参数不确定的问题,根据磁流变材料微观偶极子理论,建立铁磁颗粒在磁场中的平板单链模型,结合链与磁场夹角之间满足指数分布的规律,得出了磁流变胶泥材料剪切屈服应力的理论表达式;根据磁流变胶泥材料的实验数据,对理论分析模型进行了修正,使模型能更好地预测不同影响因素下的剪切屈服应力值;对磁流变胶泥剪切屈服应力与铁磁颗粒、质量分数、基体粘度等因素进行分析,为高性能磁流变胶泥材料的设计、制备提供理论指导。     

磁流变阻尼器带质量元素的温度唯象模型

磁流变阻尼器是应用于建筑结构中的新型减震控制装置,其性能受外加磁场和温度等因素的影响。目前国内外关于磁流变阻尼器的性能试验和计算模型方面的研究已有不少,但现有的计算模型却不能同时体现磁流变阻尼器的静摩擦现象、惯性效应和振动过程中温升效应。基于流体能量守恒原理推导并提出磁流变阻尼器带质量元素的温度唯象模型,通过实例分析可以得出:该模型不仅可以体现温度对磁流变阻尼器力学性能的影响,而且可以体现磁流变阻尼器的力—位移和力—速度非线性关系,能很好地模拟磁流变阻尼器的静摩擦现象、惯性效应和低速区时的力衰减性能。     

考虑壁面滑移的磁流变胶泥缓冲器设计理论与落锤冲击试验

为提高汽车碰撞磁流变缓冲器力学模型的准确性,实现冲击作用下磁流变缓冲器动态特性的高精度预测,基于Herschel-Bulkley模型,同时考虑表观滑移和壁面滑移,建立了缓冲器理论力学模型。通过分析表观滑移和壁面滑移对缓冲器阻尼通道内部压力梯度的影响,结果表明,载液黏度较低时,受表观滑移影响,阻尼通道内部压力梯度有所降低,且在低速下影响更加显著;随着载液黏度的增加,在表观滑移作用下压力梯度有所增加,但对总体影响不大;壁面滑移使通道内部压力梯度明显降低,且随着滑移系数的增加,压力梯度变化更为显著;不同电流、冲击速度下的缓冲器落锤冲击试验表明,理论模型能够较好地预测、表征磁流变缓冲器的力学特性;磁流变胶泥在通道内流动主要受壁面滑移的影响,未出现明显的表观滑移。     

磁流变胶泥材料的磁控力学行为实验研究

采用主要成分为高粘度线性聚硅氧烷的弹性胶泥为基体,制备了羰基铁粉质量分数为20%,40%和60%的磁流变胶泥。对磁流变胶泥的流变学特性和动态力学特性进行测试,描述了磁流变胶泥的本构关系并识别其参数,分析了磁场、铁粉含量、剪切应变以及剪切频率对粘弹性能的影响。结果表明,磁流变胶泥的本构关系能用Herschel-Bulkley模型进行描述;剪切应力、刚度的磁场可控范围宽(铁粉质量分数为60%的磁流变胶泥剪切应力调节范围16~128kPa,储能模量可调范围0.52~3.28 MPa);随铁粉含量和磁场的增加,剪切应力增大、弹性增加而粘性减小;不同磁场下磁流变胶泥从线性粘弹性区向非线性粘弹性区转变的临界应变值不同,且磁场增大可拓宽线性粘弹性区的范围;在线性粘弹性区磁流变胶泥对0~80Hz频率无依赖性。     

弹性胶泥缓冲器关键参数对快捷列车纵向冲动的影响

根据弹性胶泥缓冲器的结构原理,构建了基于速度型的弹性胶泥缓冲器模型,利用空气制动和纵向动力学联合仿真系统,分析了弹性胶泥缓冲器关键参数对快捷列车纵向冲动的影响.仿真结果表明:缓冲器的初压力和弹性胶泥的流动指数对列车的纵向冲动影响较大,而与机构相关的综合等效刚度对列车的纵向冲动影响较小.随着缓冲器初压力的不断增大,车钩力...     

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。     

基于弹性胶泥的新型高性能可压缩磁流变液

使用基于高粘度(≥200 Pa·s)线性聚硅氧烷的弹性胶泥作为磁流变液的载体液,研制了一类主要用于重型设备减振的新型磁流变材料——磁流变弹性胶泥。合成了三种粘度的弹性胶泥,并制备了相应的磁流变弹性胶泥样品。用傅立叶变换红外光谱技术对弹性胶泥样品进行了检测,并研究了磁流变弹性胶泥的可压缩性。结果表明,所研制的磁流变弹性胶泥在30 d观测期内无明显沉降,表现出优异的磁流变效应(磁通密度为0.54 T时基于800 Pa·s,60%质量分数样品的剪切屈服应力约为120 k Pa,零场时的15.4倍,甚至在高磁场下超过了流变化的初测试极限)。在流变曲线上首次发现一种特殊的"V形槽磁流变效应",从弹性胶泥特殊螺旋高分子链结构角度分析了其机理及其对磁流变弹性胶泥性能的影响。     

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。     

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。     

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。     

基于磁流变弹性体的缓冲装置设计及其冲击响应特性研究

利用聚氨酯基磁流变弹性体,结合ANSYS有限元仿真,设计制作了一种剪切式磁流变弹性体缓冲装置。搭建自由跌落冲击试验系统和冲击响应谱试验系统分别测试了该缓冲装置的冲击响应特性,研究了在不同磁场下缓冲装置的缓冲性能。实验结果表明在自由跌落冲击和冲击响应谱两种试验中,所设计的磁流变弹性体缓冲装置都具有较高的缓冲率,且装置的缓冲率随着磁场的增加而增大,表明磁流变弹性体缓冲装置起到了一定的缓冲作用,且可以实现外加电流对其缓冲效果的控制,该研究为磁流变弹性体在半主动/主动隔振缓冲领域的应用做出了有益探索。     

基于MR效应的高速气缸缓冲结构研究

气缸是气动系统最主要的执行元件,其高速化是气动技术发展的必然趋势,而气缸的高速化首先需要解决缓冲问题。本文在介绍了常规高速气缸以及长行程磁流变阻尼器的结构原理基础上,针对常规高速气缸缓冲性能的不足,利用常规高速气缸和磁流变阻尼器在结构上的共性特点,提出了一种基于磁流变液MR效应的高速气缸缓冲结构,并进行了具有剪切阀式磁流变阻尼装置的高速气缸缓冲结构设计,建立了其数学模型,利用Matlab仿真工具对单溢流式缓冲与基于磁流变效应的复合式缓冲两种缓冲工况,进行了仿真对比分析,验证了基于MR效应的高速气缸优良的缓冲性能。     

安装差动胶泥缓冲器的舰炮检验弹入膛仿真分析

舰炮检验弹由于结构不同于实弹,入膛时反弹速度过大,造成相关零部件断裂和关闩故障。故设计采用差动胶泥缓冲器吸收过大的动能以保证检验弹的入膛可靠性。为评估差动胶泥缓冲器在检验弹上的缓冲效能,以及分析检验弹的入膛运动规律,提出一种结合缓冲器流体数值分析(computational fluid dynamics,CFD)和入膛多体动力学分析(multi-body dynamic,MBD)的仿真分析方法。计算结果表明:此方法能够准确计算和预测缓冲器的缓冲效能,检验弹的缓冲器满足设计技术要求;静压过程在活塞后方形成多个涡旋,而冲击过程流线平稳无涡旋;黏性阻抗分力随压缩速率降低先增大后减小。研究不仅为胶泥缓冲器在舰炮检验弹上的应用提供理论支撑,还为胶泥缓冲器本身的研究提供新的分析方法。     

液压滑阀阀芯结构对流场的影响

目的滑阀结构对阀流场有直接影响,为提高滑阀性能,对不同阀芯结构阀流场进行分析。方法采用U型、三角型和无节流槽3种阀芯结构,利用ADINA软件流固耦合模块,对3种阀芯的滑阀流场情况进行分析计算,研究阀流道内流体流速和压力分布情况。结果在进口处具有较高的流速,无节流槽阀芯在阀口处速度降低最大,U型节流槽阀芯在阀口处速度降低最小;U型节流槽阀芯在整个流道内压力变化较小,无节流槽阀芯在整个流道内压力变化最大。结论阀芯开设节流槽可以明显改善阀流道内流场分布情况,改善阀的性能,其中U型节流槽阀芯具有良好的性能。     

磁流变冲击缓冲系统最优广义宾汉数控制EI北大核心CSCD

在理论和试验分析磁流变缓冲器(magnetorheological shock absorber,MRSA)阻尼力特性的基础上,建立了考虑二次型阻尼特性的单自由度冲击缓冲系统的动力学方程,定义了磁流变冲击缓冲系统的广义宾汉数(generalized Bingham number,GBN)。以软着陆为控制目标,提出了考虑二次型阻尼特性的磁流变冲击缓冲系统的最优广义宾汉数控制策略。推导了负载的加速度、速度和位移公式,分析了磁流变冲击缓冲系统在不同广义宾汉数的响应。仿真分析和试验测试验证了基于二次型阻尼的最优广义宾汉数控制策略在软着陆控制精度上优于基于线性阻尼的最优宾汉数控制策略。     

磁力预紧缓冲器的力学特性及缓冲性能研究

在冲击作用下,传统预紧缓冲器能够为设备提供良好的缓冲效果,但是当外界冲击大于缓冲器预紧力并发生变形时,会产生大于预紧力的冲击力响应,从而影响缓冲性能。为降低预紧缓冲器的冲击力响应,提高缓冲性能,提出一种磁力预紧缓冲器。利用谐波平衡法对磁力预紧缓冲器的非线性微分方程求解,获得该系统的方程解;通过数值计算获得磁力预紧缓冲器的冲击响应规律,将磁力预紧缓冲器与传统预紧缓冲器的冲击响应进行对比分析。上述计算结果说明,在具有相同预紧力的情况下,磁力预紧缓冲器的冲击响应受到磁力预紧力和线性刚度的影响;与其它预紧缓冲器相比,通过选择合适线性刚度的磁力预紧缓冲器,传递力响应以及速度响应都能够明显地降低,而位移响应基本保持不变。利用跌落冲击机对原理样机进行冲击试验,试验结果与理论结果基本一致,验证理论计算结果的准确性。