磁流变阻尼器Bingham力学模型改进及参数辨识

磁流变阻尼器不仅具有阻尼快速响应、良好的温度稳定性、内部结构简单等优势,而且可以通过调节控制电流使阻尼器的出力值连续变化,实现阻尼力可控。由于磁流变阻尼器阻尼特性与内部磁流变液的磁流变效应有关,具体表现非常复杂,现有力学模型目精度不足,无法精确描述磁流变阻尼器的阻尼特性。在磁流变阻尼器力学性能测试基础上,应用分段拟合函数方法同时结合反正切函数模型改进模型,并辨识改进后力学模型中各参数。将改进后的Bingham模型与实际测试出力值进行对比,结果表明改进后的Bingham模型能够很好地解决Bingham力学模型在非线性滞回阶段出力值曲线与实际测试数据不符的问题,改进后模型总体出力值曲线与阻尼器实际出力值基本相同,模型精度大幅提升。此种改进方法为磁流变阻尼器建立高精度力学模型提供参考。

一种新型引磁式磁流变阻尼器研究

针对特定结构限制下磁流变阻尼器工作性能的优化问题,在传统磁流变阻尼器的基础上设计了一种新型引磁式磁流变阻尼器,建立了磁场与流场耦合动力学模型;以输出阻尼力和动态可调系数为优目标函数,基于多目标遗传算法对该型磁流变阻尼器内部活塞进行了优化;建立了多物理场耦合模型并进行了仿真和冲击试验。仿真结果表明:在相同外形尺寸条件下,新型磁流变阻尼器的有效阻尼通道长度为64 mm,相比普通磁流变阻尼器提高了60%;新型磁流变阻尼器的力学特性与动态可调性更加优越,当施加2.0 A电流、活塞运动速度为0.09 m/s时,新型磁流变阻尼器的输出阻尼力为55.9 kN,相比普通磁流变阻尼器(32.4 kN)提高了72.5%;施加不同大小电流时新型磁流变阻尼器的峰值压力与吸能容量均明显高于普通磁流变阻尼器。冲击试验结果表明:当施加2.0 A的电流、冲击速度为2.45 m/s时,相比普通磁流变阻尼器,其峰值压力达到11.64 MPa、峰值压力提高约41%。峰值压力试验结果与仿真结果对比表明:仿真结果和试验结果的趋势是一致的,其相对误差在0.1之内,表明了仿真模型的有效性。

磁流变纤维骨架阻尼增强型阻尼器研究

为了增强磁流变脂的剪切性能,提高阻尼器的阻尼力输出,研究棉纤维对磁流变脂剪切增强效果。制备了不同棉纤维质量分数的磁流变脂试样,在流变仪上对其进行测试。结果表明,复合纤维磁流变脂的最大剪切应力随着纤维质量分数的增加而增加。基于复合材料设计制造了一款剪切式磁流变阻尼器,该阻尼器具有磁流变材料用量少、密封要求低等优点。磁流变阻尼器的阻尼特性实验表明,在1.6 A电流下,棉纤维质量分数为1.5%的磁流变脂的最大阻尼力可达99.5 N,与无棉纤维添加的磁流变脂相比,提升了23.8%,这表明使用复合纤维磁流变脂的阻尼器具有更好地阻尼力输出。

基于磁流变阻尼器的滚珠丝杠进给系统主动抑振研究

针对滚珠丝杠进给系统轴向振动影响工件的加工质量和精度保持性的问题,将磁流变阻尼器应用于机床滚珠丝杠进给系统轴向抑振。设计磁流变阻尼器,进行磁流变阻尼器阻尼特性试验,采用最小二乘法和BP神经网络对阻尼力进行了辨识。建立带有磁流变阻尼器的机床滚珠丝杠进给系统单自由度振动模型,基于Runge-Kutta法计算了系统的动态响应。通过数值计算发现:阻尼器输入电流由零逐渐增大时,系统能够快速趋向于稳定;由幅频曲线可以看出,磁流变阻尼器抑制滚珠丝杠进给系统的振动是可行的。最后试验验证了磁流变阻尼器能够很好地抑制滚珠丝杠进给系统的振动。

基于最小二乘法和BP神经网络的磁流变阻尼器H-B模型参数辨识方法

针对Bingham模型磁流变阻尼器由于剪切稀化效应带来的阻尼力计算误差,在理论和仿真分析的基础上,提出一种最小二乘法和BP神经网络相结合的方法,对磁流变阻尼器H-B模型进行参数辨识,获得各参数与电流的关系,从而对磁流变阻尼器的阻尼力进行准确计算。最后通过磁流变阻尼器实验对理论方法进行验证。结果表明:借助于磁流变阻尼器的仿真分析,最小二乘法和BP神经网络相结合的磁流变阻尼器H-B模型参数辨识方法精确度高、吻合性好,验证了参数辨识结果的通用性及准确性。

机动飞行下磁流变阻尼器-转子系统动力学特性

航空发动机在机动飞行过程中,工作条件非常恶劣,飞行过程会产生不规则的瞬态振动,易引发故障。采用有限元法建立机动飞行下基于双线性本构方程的磁流变阻尼器-转子系统有限元模型,并利用Newmark-β数值方法进行求解,研究转子系统在机动飞行过程中的动态特性。在此基础上,考虑磁流变阻尼器作用,研究其对冲击载荷下转子系统瞬态及稳态响应的影响。结果表明,机动飞行开始和结束瞬间会产生瞬态冲击,激发转子系统一阶模态响应。在合适的电流作用下,变阻尼器可以有效抑制机动飞行过程中转子系统瞬态及稳态响应。此外,在机动飞行下,由于轴颈离心率较大,易导致磁流变阻尼器产生非线性行为。

利用负刚度磁流变阻尼器的单层球面网壳三维隔震研究

网壳结构三维隔震是备受关注的研究热点之一。已有的研究聚焦于被动型三维隔震装置,其在竖向的性能参数无法实时调控。为解决这一问题,将负刚度磁流变阻尼器(magnetorheological negative stiffness dampers,MRNSDs)与预压弹簧装置(prepressed spring devices,PSDs)并联,形成一种可调节阻尼力的竖向隔震装置(MRDNSD-PSD)。面向延长受控结构竖向自振周期的目标,建立了MRNSD的控制策略及其实施方法,利用其模拟了该控制装置的滞回响应。以某周边支承单层球面网壳作为研究对象,将含有MRNSD-PSD的半主动三维隔震系统、两种不同的被动三维隔震系统分别用于提升该结构的抗震性能。通过数模模拟,对上述受控和无控结构进行了地震响应分析。数值结果表明,三种隔震系统均可有效降低结构地震响应,但半主动隔震系统较被动型隔震系统能够提供更优的竖向加速度和竖向位移控制效果。

斜拉索磁流变液阻尼器半主动振动控制系统的设计与应用

桥梁斜拉索是一种小阻尼、大柔度结构,在各种环境荷载作用下极易发生剧烈振动,因此迫切需要采取一定的措施来提高斜拉索的耐久性和安全性。本文针对山东滨州黄河公路大桥的减振需要,研究了基于磁流变液阻尼器的半主动振动控制系统的设计、材料与器件的性能实验以及现场振动控制实验。

磁流变液阻尼器Bingham-多项式力学模型研究

针对磁流变液的流变特性,分别以磁流变液的Bingham力学模型、多项式力学模型和Bingham-多项式力学模型为理论基础,建立磁流变液阻尼器的力学模型,并对三种力学模型进行参数辨识,得到准确的数学模型。搭建一套双通道负载模拟试验台,通过试验研究对比三种力学模型模拟结果和试验测试结果,评估三种力学模型的精度和Runge振荡现象。研究结果表明,Bingham力学模型具有结构简单、物理量意义明确和较强的工程实用性等优点,但缺点是模型精度较差;六阶以上多项式力学模型模拟精度较高,但是随着多项式阶数的升高,模拟曲线的Runge振荡现象也越来越严重,而且曲线有可能失真;提出的Bingham-多项式力学模型能够同时解决传统多项式力学模型中低阶曲线精度低和高阶曲线易振荡的问题,模型的模拟结果和试验测试结果吻合精度较高。研究结果可为磁流变液阻尼器在振动控制领域中力学模型的选择提供参考。

馈能式磁流变阻尼器电磁参数对输出阻尼力的影响研究

针对馈能式磁流变(MR)阻尼器电磁参数众多,难以对输出阻尼力影响程度进行量化这一问题,提出了一种求解输出阻尼力贡献量的方法。首先,建立了馈能装置的电磁模型,推导了馈能装置感应电动势和主要电磁参数的关系;然后,建立了馈能式磁流变阻尼器电路模型,对馈能装置、整流模块和阻尼器模块进行了分析,得到了干路电流电压和支路电流电压的关系,结合了基尔霍夫定律和Bingham模型,建立了输出阻尼力与关键参数的机电耦合方程;接着,使用了直接求导法,推导了输出阻尼力与关键参数的一阶灵敏度函数关系,研究了灵敏度函数随关键参数的变化规律;最后,定义了关键参数对馈能式磁流变阻尼器输出阻尼力的贡献量,设计了二水平八参数的正交试验,获得了关键参数对输出阻尼力大小的贡献量。研究结果表明:输出阻尼力与关键参数的一阶灵敏度函数具有显著的非线性特征;馈能模块发电线圈内径和发电线圈外径对输出阻尼力的贡献量最大(其中,发电线圈内径对输出阻尼力的贡献量为780.96,发电线圈外径对输出阻尼力的贡献量为715.05),可分别调整发电线圈内径和发电线圈外径,以提高输出阻尼力幅值,进而改善振动半主动控制性能。

活塞式磁流变液阻尼器磁场有限元分析

针对磁流变液阻尼器的磁路结构,利用ANSYS软件进行电磁场有限元分析。分析不同结构模型的磁流变液阻尼器的磁场分布,研究了单级磁路与双级磁路在相同激励状况下,所产生的不同的响应。分析活塞结构的变化对磁流变液阻尼器磁场分布的影响,为磁流变液阻尼器的结构设计提供了依据。

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

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。

基于Eyring本构模型的磁流变液阻尼器设计原理与试验研究

根据试验得出的Bingham塑性流体模型的模型参数,建立了磁流变液切应力的误差函数,利用多参数优化理论和数据拟合方法对Eyring本构模型的参数进行辨识。建立了基于Eyring模型的环状混合准稳态流动方程,得出了磁流变液在环形通道中流动的速度分布函数。在给定活塞速度和环形通道的几何尺寸条件下,对混合工作模式的汽车磁流变液阻尼器产生的阻尼力进行理论预测研究。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液阻尼器,并对此进行了试验测试,试验结果表明:应用所提出的理论分析方法预测磁流变液阻尼器的特性是可行的。

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。

挤压式磁流变液阻尼器——转子系统的动力学特性与控制

用磁流变液代替常规挤压油膜阻尼器的润滑油,可制成阻尼特性受磁场控制的挤压油膜阻尼器,用于转子系统的振动控制。依据Bingham模型推导了磁流变液挤压油膜的雷诺方程及其解的表达式,给出了油膜流速、压力分布、油膜反力和阻尼器内磁拉力等的计算公式;以磁流变液阻尼器—刚性转子系统为例,理论分析了挤压油膜的力学特性和转子系统的不平衡响应特性;设计和制造了一种用于转子振动控制的挤压式磁流变液阻尼器;试验研究了支承在该阻尼器上的单盘偏置柔性转子系统的不平衡响应特性和控制方法。研究表明,磁拉力可降低一阶临界转速和临界振幅;油膜反力可降低转子系统在无阻尼临界转速处的振幅,并使一阶有阻尼临界转速增大;通过开关控制能使阻尼器具有最佳的减振效果,使转子振幅在全转速区达到最小。

蛇形磁路多片式磁流变液阻尼器设计

提出了一种大输出阻尼力矩,低初始阻尼力的小体积多片式磁流变液阻尼器的设计方法。阻尼器内部的导磁元件、隔磁元件和间隙中磁流变液构成闭合的蛇形磁路。针对漏液的问题采用铁磁密封的设计思想,显著减小了转轴处的摩擦力。基于Bingham塑性模型分析了磁流变液的力学特性,导出了阻尼器的力矩模型,采用ANSYS Maxwell软件对阻尼器进行了有限元分析,验证了磁路的准确性,并在原始设计的基础上对阻尼器的结构进行了优化,研制出了一种小体积磁流变液阻尼器。在自主搭建的实验平台上进行力矩测量实验和响应时间测量实验,实验结果验证了该阻尼器具有大输出力矩,低初始阻尼力和低响应时间的特点。阻尼器的直径为33.6 mm,高度为21.6 mm,重约200 g,当输入电流为1.2 A时,产生的力矩为350 N·mm,达到了操作者抓取虚拟物体所需的力矩。

磁流变液阻尼器用于振动控制的理论及实验研究

磁流变液阻尼器作为一种可调阻尼元件 ,具有控制方便、响应迅速、能耗小、结构简单等特点 ,在振动控制领域有广泛的应用前景。本文分析了磁流变液阻尼器的四种非线性模型 ,从理论和实验两方面研究了磁流变液阻尼器在一种振动控制装置中的应用。理论分析和实验表明 :磁流变液阻尼器随着控制电流的加大 ,施加于磁流变液的磁场加强 ,而控制效果更加明显 ;磁流变液阻尼器在施加控制电流时反应迅速 ,且在低频时具有显著的振动控制效果。

磁流变液阻尼器用于转子振动控制的实验研究

实验研究了一种剪切式磁流变液阻尼器在转子振动控制中的应用 .实验发现 ,磁流变液阻尼器的刚度和阻尼随施加磁场强度的增加而增大 ;支承在磁流变液阻尼器上的转子系统的振幅在亚临界区及临界转速处随施加的磁场强度的增加而减小 ,而在超临界区则随磁场强度的增加而增大 ;系统的临界转速随磁场强度的增加而升高 .通过简单的开关控制 ,可使转子的振动在全转速区内达到最小 .

磁流变阻尼器建模及阻尼力跟踪控制试验研究

为了提升磁流变阻尼器阻尼力跟踪控制的精度,采用向量加权平均算法和贝叶斯非线性回归网络分别建立阻尼器的正向和逆向动力学模型;构建前馈逆模型与模糊控制反馈相结合的复合控制策略来实现半主动阻尼力跟踪控制。开展试验比较逆模型前馈控制与复合控制策略的跟踪效果以及复合控制策略在各个频率段的跟踪适用性。结果表明,复合控制策略能够达到较好的跟踪效果且比前馈逆模型控制策略的跟踪精度提高了6.4%;复合控制策略在0~7 Hz的频率段逼近精度基本在95%以上;在7~10 Hz,也能达到85%以上的逼近精度,验证了力跟踪控制算法的有效性。

车用双筒盘形缝隙式磁流变液减振器阻尼特性实验研究

设计出一种盘形缝隙式双筒磁流变液减振器(MRD)的结构并描述了其工作原理。对联合研制的盘形缝隙式双筒MRD的阻尼力随电流、位移、缝隙高度和频率等参数变化规律进行了试验研究。试验结果表明盘形缝隙式双筒MRD的阻尼力随着控制电流的增大呈非线性增加;峰值阻尼力可调系数和耗功能力可调系数均随频率增大呈非线性减小,相反却随缝隙高度的增大呈非线性增加。通过分析该型MRD的阻尼特性,为其在装甲车悬挂系统半主动控制中的应用奠定了基础。