变间隙磁流变胶泥缓冲器理论研究与试验验证

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。

径向节流型磁流变胶泥缓冲器冲击动力学行为

为提高汽车碰撞缓冲系统的自适应调节能力,提出一种波纹圧溃与径向流动节流共同作用的可控缓冲器。用波纹管取代传统吸能盒,并串接于磁流变阀,内部填充具备优秀悬浮稳定性的磁流变胶泥;为提高磁场利用率且减小缓冲器轴向长度,在磁流变阀内建立胶泥流动方向与磁场方向完全垂直的径向流道。基于Herschel-Bulkley(HB)本构模型推导了流道内流动节流压降与冲击速度间的关系;考虑局部损耗的影响,构建了HB-Minor Losses(HBM)动力学模型;进一步定量分析了惯性效应产生的压降,构建了包含惯性效应的HBM-Inertia(HBMI)模型。制作了缓冲器并开展了落锤冲击试验;分析了径向流道压降在阻尼流道总压降中的比重;分析了局部损耗对压降的影响,提出了进一步提高可控性的局部损耗优化区域。对比理论与试验缓冲力曲线,分四个阶段分析了惯性效应对缓冲力的具体影响,发现惯性效应主要在峰值阶段、结束阶段影响缓冲力;比较了理论模型与试验峰值力、动态范围,进一步得到理论动态范围相对误差,结果表明,HBMI模型对磁流变胶泥缓冲器动力学行为的预测更为准确。