功能集成型磁流变阻尼器设计与试验

设计了一种集振动能量采集、速度自感应和阻尼力可控功能于一体的功能集成型磁流变阻尼器,该磁流变阻尼器的振动能量采集和速度自感应装置内置于阻尼器活塞杆空腔内,通过紧固销和紧固片将8个永磁铁和8个隔片按序固定安装在支撑杆上。在永磁铁作用下,缠绕在感应线圈绕线架上的感应线圈产生感应电压,实现振动机械能的能量采集;另外采集到的感应电压与活塞杆速度成正比例关系,可实现速度自感应。推导了振动能量采集和速度自感应数学模型,并采用ANSYS有限元仿真软件对振动能量采集进行了电磁场仿真分析。搭建试验台对所设计的功能集成型磁流变阻尼器进行了性能测试分析,试验结果表明:在0.06 m/s的激励下,振动能量采集装置能产生1.0 V的直流电压;感应电压与加载速度基本成正比例关系;另外,对该阻尼器的励磁线圈施加0.6 A的直流电时,能产生750 N左右的阻尼力,实现阻尼力可控。     

磁流变减振器多场耦合仿真分析

研究了磁流变减振器电磁-流和流-固耦合的建模方法及求解方法。基于电磁-流和流-固耦合有限元方法,利用Adina软件建立高精度的流-电磁有限元网格模型和固体有限元网格模型,并在Adina软件后处理中进行求解分析,分别得到了磁流变减振器非控状态和通电状态的阻尼力-速度特性、示功特性、磁场分布特性、核心区域流场压力场和速度场特性。仿真结果表明:在高速磁流变液的冲击下,核心区域流场压力场变化明显;根据磁场分布特性,说明设计的单筒磁流变减振器结构能增大阻尼力调节范围。在电磁-流和流-固耦合计算中考虑了流体湍流流动,尽量使仿真模型与物理模型保持一致,试验结果与仿真结果吻合较好。     

三工作面旋转式磁流变阻尼器设计与实验

设计了一种具有3个工作面新型结构的旋转式磁流变阻尼器,转子2个端面和圆柱面均为工作面,在不增大转子体积的情况下,有效增加了转子工作面积。基于磁流变液与磁芯材料特性,对阻尼器进行了磁路设计,获得了阻尼器的相关机械参数与电气参数。针对阻尼器结构特点,应用有限元法,建立了磁流变阻尼器的有限元模型,并对其进行了电磁场分析,得到了阻尼器模型的电磁场物理量。结合有限元分析结果与磁流变液的本构关系,对磁流变阻尼器的力学性能进行了仿真研究。在此基础上,研制了磁流变阻尼器及其力学性能测试系统,对阻尼器的力学性能进行了实验研究,得到了阻尼器的力矩-转速力学特性以及屈服力矩-电流力学特性。     

线圈外置式磁流变阻尼器及其磁场有限元分析

提出了一种线圈绕于工作缸外的新型磁流变阻尼器。运用ANSYS电磁场有限元分析模块对其进行了静态电磁场分析,通过求得的磁力线分布与磁感应强度分布验证了新型磁流变阻尼器结构的合理性。根据牛顿流体模型和B ingham塑性流体模型,应用MATLAB软件计算出了新型磁流变阻尼器阻尼力随活塞速度、控制电流变化的关系曲线。     

磁流变阻尼器设计与性能试验

以提高输出阻尼力和减少响应时间为目标,对磁流变阻尼器进行励磁线圈缠绕方法和磁场融合匹配分析,提出了基于反向串联线圈缠绕和活塞-永磁复合体的结构优化方法,并设计了一种磁流变阻尼器件.在DS-100型动静试验平台上进行不同激振频率、激振振幅和控制电流下的综合性能测试.研究表明,优化后磁流变阻尼器的输出阻尼力可提高65％,响应时间最大可减少50％.研究结果为进一步改进磁流变阻尼器性能提供了参考依据.     

单筒充气式磁流变液减振器设计与仿真分析

磁流变液的力学特性是其重要的应用基础。基于其剪切与流动的力学特性,设计了一种单筒充气式磁流变液减振器,给出了减振器详细的设计参数,分析了该减振器的阻尼力计算方程,用三维软件SolidWorks绘制出减振器的三维结构图。最后,基于MATLAB/Simulink搭建了该减振器的阻尼力仿真模型。仿真结果证明,设计的单筒充气式磁流变液减振器具有可行性。     

多层环形钢板阻尼器的静力学研究

为了满足高温、低温、腐蚀环境特殊工况下阻尼减振的需要,对以干摩擦阻尼进行减振的阻尼器的开发一直是工程技术人员的一个主要研究方向。多层环形钢板阻尼器是借助于载荷作用下多层金属环之间的干摩擦力耗散能量,实现阻尼隔振的一种新型阻尼器。为此,从弹性力学的角度建立静力学模型,对多层环形钢板阻尼器的弹性元件进行静力学研究。通过选取应力函数对力学模型进行求解,得出此种类型阻尼隔振元件承受载荷时的力学特性,为设计及应用该种类型阻尼器提供理论依据。     

汽车磁流变半主动悬架系统设计与试验

为了提高汽车的平顺性和行驶稳定性,设计了一种安装双出杆式磁流变减振器的汽车半主动悬架系统。在分析传统的磁流变减振器力学模型的基础上,提出了一种改进的磁流变减振器多项式模型,建立了基于磁流变减振器的半主动悬架系统动力学模型;设计了磁流变减振器物理样机,进行了磁流变减振器的力学特性试验,获得该磁流变减振器的示功特性和速度特性曲线,并利用试验结果进行了模型参数识别与模型验证。考虑时滞对悬架系统的影响,计算了该磁流变半主动悬架的临界时滞,采用Smith预估时滞补偿控制策略,设计了磁流变半主动悬架模糊时滞控制器;利用Matlab软件进行了磁流变半主动悬架时滞补偿控制仿真对比分析;研制了汽车半主动悬架测试系统,开展了磁流变半主动悬架控制台架试验。仿真与试验结果表明,所研制的磁流变减振器耗能效果良好,控制灵敏;试验建模所获得的改进型磁流变减振器多项式力学模型是正确的。与被动悬架相比,在正弦激励和随机路面谱输入下磁流变半主动悬架的簧载质量加速度下降30%左右,减振效果明显。     

单筒磁流变减振器散热性能研究

磁流变减振器是通过消耗机械能来实现减振的装置,在工作过程中由于能量的转化导致其自身温度不断变化,温度升高导致了减振器的阻尼性能下降。针对磁流变减振器的这一现象,分析了温度变化对磁流变液粘度及阻尼特性的影响;基于磁流变减振器温度变化的理论模型,提出基于散热因素的磁流变减振器的结构参数设计要求;并对某商品磁流变减振器进行了台架试验。研究表明,磁流变减振器工作过程中自身温度的升高使流变液粘度下降,进而导致阻尼力下降。阻尼力下降的幅值和比例取决于减振器的工作电流和温差大小。     

轴向柱塞泵效率特性半经验参数化建模方法

针对轴向柱塞泵效率特性机理分析不够深入、全工况下机理模型精度差,提出一种基于力学正反问题的柱塞泵效率特性半经验参数化建模方法。首先考虑油液可压缩性导致的容积损失和倾覆力矩作用下形成的柱塞副库伦摩擦力,建立了流量、转矩损失机理模型;然后分析了系统参数非线性变化规律,在此基础上利用试验数据拟合机理模型中复合参数经验公式;最后导出柱塞泵效率特性半经验参数化模型。对比分析表明:复合参数经验公式显著提高了机理模型精度,流量、转矩损失半经验参数化模型平均相对误差分别为3%和1%。结果分析表明:复合参数以及对应损耗能量比重直观反映了柱塞泵效率特性,极限工况下柱塞泵效率下降以及容积效率和机械效率无法再次提升的根本原因在于油液有效体积弹性模量、库伦摩擦因数等系统参数的急剧变化。     

改进阻尼特性的内置平行双线圈磁流变阻尼器研究

提出了一种内置平行双线圈的磁流变阻尼器。推导了径向流和环形流磁流变阻尼器的压降数学模型。比较了具有串联双线圈的常规磁流变阻尼器和所提出的磁流变阻尼器的阻尼性能。分别对提出的磁流变阻尼器和常规磁流变阻尼器进行了电磁分析,从而验证所提出的磁流变阻尼器的原理并获得其磁路的磁特性。利用数值模拟分析比较了2种磁流变阻尼器的阻尼性能,分析结果表明内置平行双线圈的磁流变阻尼器具有更好的阻尼性能。依据所提出的磁流变阻尼器的结构原理制作了原型样机,通过实验验证了其阻尼性能的优越性。实验结果显示所提出的磁流变阻尼器的最大阻尼力约是常规磁流变阻尼器的1.86倍,等效阻尼约为常规磁流变等效阻尼的2倍。     

基于磁场FE和CFD的磁流变阻尼器力学性能分析

针对某重型机械中安装的双出杆双线圈可复位式磁流变阻尼器，利用实验和仿真方法对其在特定冲击作用下的力学性能进行分析。利用磁场有限元(FE)和计算流体动力学(CFD)的单向耦合数值模拟方法，建立含隐式动网格边界的阻尼器数值模型，通过准静态实验对模型进行了验证。利用基于C语言的用户自定义函数(UDF)定义磁流变液体的本构模型，捕获磁场作用区域。结果表明，在持续通电的情况下，受到冲击后，阻尼器速度在80ms内降至零，但活塞在复位过程中停在位移为1.3mm处，控制电源断开后能够使其完全复位。     

磁流变减振器设计中若干关键问题探讨

磁流变减振器具有体积小、阻尼力大、动态范围广、频响高等优点,应用于车辆悬架减振上,可以很好地满足悬架主动、半主动减振性能的需求。本文主要从磁流变液的特性、励磁材料的选择、磁路工作点的确定以及磁路级数的选择等方面对磁流变减振器设计中需要注意的几个关键问题进行了详细论述,主要分析了励磁材料选择应遵循的原则以及软磁材料工作点的确定方法,为磁流变减振器的设计与应用提供了理论依据。     

用于车辆悬架的磁流变减振器研究动态

出于提高车辆悬架性能的目的,国内外对主动、半主动悬架相关技术展开了深入研究,磁流变减振器因为具有能耗低、响应快、可控性好等特点而受到特别关注。对磁流变减振器的设计需要在深入研究其工作模式和力学模型的基础上,探讨减振器内部磁场和流场分布规律,研究结构参数对阻尼力的影响以及磁路结构的优化设计。对于目前存在的响应滞后、高温衰退等问题有待深入研究。磁流变减振器的开发要和悬架系统参数设计结合起来,与系统实现完好匹配才能开发出能显著提高车辆悬架性能的磁流变减振器。     

ER流体的动力学特性研究

基于粘性阻尼和回滞阻尼组成的阻尼模型，对电流变（ER）流体的动力学特性进行了研究。应用迭代摄动法讨论了含有ER流体振动系统的非线性频谱，给出了带有ER流体阻尼器梁结构的计算结果。并应用Newmark数值积分方法分析了带有ER流体阻尼器梁结构的多自由度振动系统在不同电场强度和激励频率作用下的位移响应情况。结果表明，系统的刚度和响应的变化可以通过外加电场强度来控制，随着电场强度的增加，响应幅值减小且结构刚度变大。     

电流变流体用于系统减振的研究

从理论上分析了电流变流体对系统振动特性的影响，并对一个含有电流变阻尼器的振动系统在不同电场强度及不同激励频率下进行了响应的数值模拟。结果表明，增大电场强度可使电流变流体的阻尼明显增加，从而有效地降低系统的振动幅值，为将电流变流体进一步应用于车辆的减振装置提供了有力的依据。