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磁流变阻尼器的结构设计及分析

韦战俊  
【摘要】:磁流变阻尼器(MRD)是以磁流变液(MRF)为介质的一种半主动减振装置,具有结构简单、低能耗、阻尼连续可调、响应速度快等一系列优点,因而被广泛应用于车辆悬架/座椅、桥梁房屋减震、军工武器装备及人体骨骼等领域。磁流变阻尼器具备诸多优点的同时也存在一些显著的缺陷,如非线性回滞特性的存在严重影响到所建数学模型的精度和阻尼器控制系统的控制速度、精度及效率,然而非线性回滞现象是阻尼器系统表现出的微观物理特性,无法消除。现如今学者通过修正与补偿等手段来削减阻尼器系统非线性回滞现象带来的影响,但结果仅为近似,因而对非线性回滞现象的研究依旧是个较为棘手的问题。鉴于商业上磁流变阻尼器存在气腔的复杂性并对系统输出造成了影响,并且阻尼器系统的非线性现象不仅囊括了MRF及电磁阀磁性材料的非线性现象,也参杂了气体及结构的在振动中产生的非线性现象,增加了系统非线性分析的复杂性。因此,本文想通过设计双筒双出杆的双极磁流变阻尼器以去除气体的复杂性对阻尼器系统输出的影响,同时利用低浓度磁流变母液(硅油)为介质去探索结构在振动中产生的变化规律和非线性现象及其原因,进而通过改善结构以减小结构产生的非线性现象对系统输出的影响,接着以磁流变液为介质测试并检验磁场及结构设计的可行性,搭建起完整的MRD实验平台,为后续学者在MRF对MRD影响的研究中提供了可靠的实验平台。本文围绕磁流变阻尼器的结构设计及分析,首先介绍了磁流变液及磁流变阻尼器的工作原理、进而阐述了其国内外学者的研究概况。其次,设计了双筒双出杆的双极磁流变阻尼器,通过磁场仿真验证了磁场设计的合理性和结构设计方案的可行性,进而对电磁阀关键参数进行仿真分析。最后加工磁流变阻尼器并搭建实验平台,分析了磁流变阻尼器输出力的构成、产生原因及其变化;总结了阻尼器结构自身在振动中的变化规律;得出并验证了粘弹性材料的摩擦特性;通过改善结构减小了阻尼器结构在振动中产生的非线性现象对系统输出的影响,并搭建起完整可靠的MRD实验平台。


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