二维板式磁流减振器的力学建模与实验分析

针对工程中二维减振需求,设计了一种二维板式磁流变减振器.基Navier-Stokes方程建立了二维平面内减振器的速度和压力分布模型,以及阻尼力计算模型,从理论角度定性分析了结构物理参数工作间隙δ、中间滑板长度和宽度a对减振器的阻尼力的影响,并在二维振动试验台上进行减振实验,分析励磁电流对二维板式磁流变减振器的减振性能的影响.实验表明:当选用适当的磁流变流体后,库仑阻尼力对磁流变减振器阻尼力的影响较大,随着励磁电流的增大磁流变减振器阻尼力变大,系统在两个方向上的振幅均逐渐减少,最大减幅为2. 595 6倍,证实了二维板式磁流变减振器的结构设计是合理的.

全通道有效磁流变减振器的自适应分段准静态建模

全通道有效磁流变减振器(magnetorheological damper,MRD)阻尼通道中磁流变液的剪切屈服应力会随位置的变化而变化,在MRD结构设计阶段,常采用准静态模型来表示MRD结构尺寸与阻尼力的关系,并预测减振器的输出阻尼力。传统准静态模型通常假设磁流变液在阻尼通道内的剪切屈服应力处处相等,模型精度低且不符合全通道有效MRD磁路特点。基于上述问题,提出了一种新型自适应分段准静态建模方法,考虑了磁流变液剪切屈服应力随阻尼通道位置的变化关系,对阻尼通道的磁场强度先采用整体低阶拟合,根据设置的误差阈值对低阶拟合结果进行0/1状态划分,再完成分段拟合。以两款不同结构的全通道有效MRD为研究对象,通过电磁有限元仿真分析了全通道有效MRD的磁路特点并建立新型准静态模型,最后通过阻尼特性测试试验,验证了该新型准静态模型的合理性与精度。

磁流变减振器磁场特性分析

磁流变减振器由于能耗低、体积小、响应迅速且阻尼力连续可调得到越来越广泛的应用。由于现有的磁流变减振器仿真中通常以静态磁场模拟阻尼器的实际磁场,造成仿真与实际减振器工作状态的偏差,因此针对某型磁流变减振器的磁路结构,对瞬态电磁场进行分析;通过对磁流变减振器磁场的模拟,得到减振器内部磁场随活塞及线圈的运动的动态变化,并分析了磁感应强度在不同的条件下的动态分布以及磁场稳定时间,为磁流变减振器结构优化设计提供指导。

磁流变脂离心沉降对曲轴磁流变扭振减振器减振性能的影响

为了探究磁流变脂离心沉降导致的磁流变扭振减振器减振性能变化问题,通过理论分析、离心实验与振动仿真,研究离心沉降影响下曲轴系统经减振器减振后的振幅变化。首先,在旋转工况下对磁流变脂铁磁颗粒进行受力分析,计算铁磁颗粒离心沉降的临界转速;其次,依据临界转速设计磁流变脂离心实验方案,并进行磁流变脂离心实验,对沉降后磁流变脂的特性变化进行分析和多项式拟合;再次,建立曲轴系统动力学模型,将拟合多项式代入动力学模型,计算不同转速下的阻尼系数;最后,运用AMESim建立曲轴系统振动仿真模型,验证磁流变扭振减振器的减振效果,并探讨离心沉降影响下磁流变扭振减振器减振性能的变化。结果表明:外加磁场可以提高磁流变脂离心沉降的临界转速,保证了磁流变脂在低转速下的稳定性;随着转速的升高,磁流变脂离心沉降逐渐加剧,磁流变脂的黏度、剪切屈服应力和相对磁导率均呈下降趋势,但外加磁场可以有效抑制磁流变脂的离心沉降;考虑离心沉降因素下,随着转速的升高,减振器的阻尼系数逐渐降低;通过振动仿真分析可知,在离心沉降的影响下,磁流变扭振减振器的减振性能明显降低,减振后曲轴一阶固有频率10谐次振幅上升了9%,8谐次振幅上升了16%,6谐次振幅上升了40%。该研究为磁流变扭振减振器结构优化与减振性能补偿提供理论参考,有助于提高磁流变扭振减振器性能研究的精确性。

磁流变液减振器性能试验研究

针对单一的性能评价指标无法表征磁流变液减振器的整体性能、难以实现减振器工作性能最优化的问题,采用试验测试方式,结合最大输出阻尼力、响应时间、示功曲线饱满程度等多个性能评价指标分析减振器在不同外部激励电流与激振速度下性能的变化规律。研究表明:最大输出阻尼力随外部激励电流的增大而增大,且输出阻尼力在活塞运动速度较小时受活塞运动速度的影响较大,在活塞运动速度足够大时受活塞运动速度的影响较小;活塞运动速度的增加会缩短减振器响应时间,阶跃电流的大小对响应时间的影响较小,但减振器的阶跃下降响应时间比阶跃上升响应时间长;在减振器装配过程中常存在的磁流变液灌装不足与体积补偿装置气体压强选择不当的问题会造成示功曲线发生畸变导致减振器的能量耗散性下降。研究结果可为磁流变液减振器的性能优化提供参考依据。

带梯形截面导磁环的全通道有效车用磁流变减振器设计

车用磁流变减振器(MRD)往往结构尺寸较小,且传统的车用MRD阻尼通道有效工作长度较短,输出阻尼力小,导致其工程应用受到限制。针对这一问题,提出一种带梯形截面导磁环的新型全通道有效MRD以增大阻尼通道有效工作长度,减缓磁饱和,并基于磁流变液流变特性和流体动力学理论给出了具体的结构与磁路设计计算方法,将5种不同结构的MRD进行有限元仿真对比。通过阻尼特性测试试验,分析其阻尼特性并与普通MRD、带弯曲磁路全通道有效MRD进行对比,应用线性二次高斯(LQG)控制器进行减振性能分析。研究结果表明:新型全通道有效MRD能够显著提高阻尼通道有效工作长度,达到阻尼通道全长的99%以上;新型全通道有效MRD能改善小尺寸MRD易发生磁饱和的问题;在相同电流激励与尺寸约束下阻尼通道的磁场强度分布更均匀,平均磁场强度更大,具有更大的输出阻尼力;新型全通道有效MRD在结构尺寸小的同时具有更大的输出阻尼力;新型全通道有效MRD相对于普通MRD具有更好的减振性能,能够进一步降低车辆的簧上质量加速度与轮胎动变形21.51%和1.43%。该研究能有效扩宽小尺寸MRD的实际应用范围,具有一定的工程应用价值。

复合馈能磁流变减振器的设计和仿真

为提高车辆悬架的馈能效率,针对单筒减振器需要体积补偿的特点,提出一种基于直线馈能和滚珠丝杠馈能相结合的新型单筒复合馈能磁流变减振器的结构方案,并建立相应的力学模型和馈能模型。利用MATLAB进行虚拟台架试验,研究其力学特性。将模型引入1/4车二自由度悬架系统数学模型中,使用Simulink进行随机路面仿真试验。仿真结果表明:该悬架在天棚控制下,悬架动挠度和轮胎动载荷分别降低了44.4%、28.8%;相较于直线馈能磁流变减振器,复合馈能磁流变减振器馈能效率明显提高;车辆以40 km/h的速度通过C级路面,直线馈能减振器的馈能效率为9.3%,而复合馈能减振器的馈能效率为14.6%。

磁流变减振器的温度场分析

针对目前磁流变减振器的温度场研究较少且现有技术手段无法监测到减振器内部的温度分布,考虑温度对减振器性能的影响,对温度场的分析十分必要。理论分析得到温度对减振器阻尼力及可调系数的影响;考虑到流固传热及流场的相互耦合作用,分别建立流场及流固传热数学模型。在仿真软件中对减振器进行多物理场耦合建模,分析磁流变减振器的温度变化,得到其内部磁流变液的流动状态及变化规律。通过改变活塞头冲程和参数化扫描改变其阻尼间隙,获得不同条件下的温度场、流场分布状态。

位移相关磁流变脂减振器结构设计及优化

针对磁流变液减振器结构设计磁场利用率不高,同时磁流变液易产生沉降现象导致控制特性劣化,而磁流变脂粘度高、流动性差导致减振器初始阻尼力过大、阻尼调校空间小的问题,本文提出一种减振效果与活塞位移相关的新型磁流变脂减振器。本文阐述了该减振器的结构形式和工作原理,基于流体力学理论,选用宾汉本构模型,建立了输出阻尼力数学模型,在MATLAB环境下对模型进行仿真研究。为了提高减振器性能对其在基础尺寸上进行了合理的优化,优化结果显示优化后减振器相较之前得到了更低的初始阻尼力以及更宽的阻尼可调范围。

磁流变减振器的研究发展现状

磁流变减振器是一种阻尼力连续可变、反应迅速、机械装置简单、外部输入能量小的新型减振器。近年来,不可再生能源日益枯竭、碳排放量过高等问题受到人们的重视,基于可持续发展的原则,新能源汽车和电动汽车将成为汽车发展的必然选择,电子化、智能化的磁流变减振器必将取得长足的发展与应用。文章首先介绍了磁流变减振器的核心技术,研究了磁流变材料的沉降稳定性和磁流变减振器能给问题的解决方法,然后讨论了磁流变减振器未来的发展趋势,最后对磁流变减振器现阶段的研究进行了总结。

基于磁流变液动力减振器的发动机隔振仿真与控制研究

提出了基于磁流变液动力减振器的发动机隔振振动模型,并结合实例对发动机整机隔振进行了仿真和控制分析研究。由仿真结果显示,所构建的磁流变液动力减振器模型及控制方法能较好地改善发动机整机隔振性能。相比传统动力减振器,磁流变液动力减振器及控制方法具有能根据发动机不同频率的实际振动状况,实时、精确地控制和改善发动机整机的宽频振动特性。

整车磁流变减振器半主动悬架变论域模糊控制策略

在建立整车磁流变减振器（MRD）半主动悬架模型基础上,利用八板块方法设计了整车的变论域控制策略。基于重构的标准B级和C级路面激励信号,分别在10、20和30 m/s 3个车速下进行了整车在直线和转向行驶工况下的仿真研究。在完成试验车辆改装基础上,进行了大量台架和道路工况下的试验。仿真和试验结果显示,所设计的半主动悬架和控制策略可以有效地提高车辆行驶的平顺性,磁流变半主动悬架与被动悬架相比振动强度可降低9%~22%,结果表明所建立的模型和控制策略是可行的。

磁流变减振器控制研究

从混合工作模式推导出了磁流变减振器的阻尼力与控制电流之间的关系 ,并以此为依据设计出磁流变减振器的控制器 ,经实验测试控制器具有响应速度快、输出精度高等特点 。

基于磁流变减振器的汽车悬架振动控制

分析了磁流变减振器特性,为了抑制汽车磁流变悬架的振动,提出了一种含有控制级和协调级的分级模糊控制。在控制级,把天棚、地棚混合控制策略与模糊智能控制策略相结合,设计了1/4车辆垂直振动的半主动模糊智能控制器;在协调级,设计了整车控制的协调器,根据反馈变量对整车4个独立模糊智能控制器输出参数进行调整。把某微型汽车的4只被动减振器改装成磁流变减振器,搭建了磁流变悬架全车测控系统,运用设计的分级模糊控制器,进行了平顺性随机输入实车道路试验。试验结果表明对汽车磁流变悬架的垂直振动进行分级模糊控制是可行的,能有效提高汽车的乘坐舒适性和操纵稳定性。

汽车磁流变减振器设计准则探讨

提出了微型汽车磁流变减振器的设计准则 ,建立了磁流变减振器的理论分析模型来预估减振器阻尼力的大小。测试结果表明 ,减振器的阻尼力由粘性阻尼力和磁场阻尼力组成 ,随着磁场强度的增加 ,减振器的阻尼力也增大 ,基本上符合理论预估值 ,说明所建立的理论分析模型是可行的。

半主动悬挂系统磁流变减振器的阻尼力实验与分析

采用磁流变减振器的履带车辆半主动悬挂系统,由于磁流变液体阻尼器结构简单、体积小、能耗低、反应迅速且阻尼力可调,正在成为新型履带车辆悬挂系统的发展方向。本文基于磁流变可控流体本构关系的Bingham模型,对影响车用磁流变减振器的阻尼力的各种因素进行了综合分析。对自行研制的双出杆剪切阀式磁流变减振器进行了实验研究,用实验与数值计算相结合的方法建立了粘滞阻尼力与液体动力粘度的关系、粘滞阻尼力与活塞间隙的关系、总阻尼力与活塞间隙的关系以及活塞间隙与可调系数K的关系。讨论了活塞间隙对磁流变减振器工作性能的影响规律,得到了活塞间隙的取值范围及依据。文中的数值计算是建立在已成型的试验器材基础上的,所以得到的关系曲线具有一定的实际意义和参考价值。

磁流变减振器滞回特性的改进Bouc-Wen模型

由于现有的磁流变减振器数学模型不能准确描述其特性,因此对大行程磁流变阻尼器进行了动态特性试验。根据测试结果分析激励位移、激励频率和电流变化时,磁流变减振器的弹性、阻尼、电流饱和等基本特征的动态非线性特性。已有的Bouc-Wen模型在低速下滞回环描述不准确,在高速下缺少滞回特性,并且无法表述单出杆减振器中蓄能器造成阻尼力偏置的现象,因此根据试验结果提出一种改进的Bouc-Wen模型,通过试验数据对改进的Bouc-Wen模型进行参数辨识,并重点分析速度-力特性曲线在低速与高速情况下所形成滞环的斜率及宽度,试验数据验证了改进Bouc-Wen模型的正确性。

磁流变减振器半主动悬架的系统时滞

时滞导致磁流变减振器可控阻尼力的不同步,降低了车辆半主动悬架的性能及其稳定性,因此时滞问题是近年来半主动悬架的研究热点之一。基于RD-1005-3磁流变减振器的响应特性,在半主动悬架临界时滞理论分析的基础上,建立含有时滞的磁流变半主动悬架的数学模型与传递函数,分析时滞对悬架幅频特性的影响;通过对临界时滞数值解的分析,为磁流变半主动悬架控制系统的时滞研究提供理论依据。在模糊控制策略的基础上,运用Smith预估补偿控制对系统进行时滞补偿,并在Matlab中进行仿真分析。对搭建的单质量磁流变半主动悬架系统进行台架试验,仿真和试验数据均表明进行时滞补偿的系统很好地改善了悬架性能。

磁流变减振器建模与试验

建立较为精确的磁流变减振器阻尼力模型是设计控制策略并获得良好控制效果的关键。基于流体动力学理论和磁流变液流变特性,对阻尼通道内磁流变液进行流体动力学分析,详细推导磁流变减振器阻尼力模型。结合阻尼通道处磁场有限元分析,完善阻尼力模型。最后试验测试自制磁流变减振器在不同励磁电流和不同活塞速度下的示功特性和速度特性,利用试验数据对模型进行系数辨识,建立磁流变减振器简化力学模型。研究结果表明,励磁电流小于0.8 A时,输出阻尼力试验值与计算值较吻合,当励磁电流增大,阻尼力试验值与计算值最大相差约100 N,计算值相对于试验值的误差在19%以内,该简化力学模型能描述磁流变减振器的基本力学特性,能为半主动悬架控制研究提供理论指导。

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。