Magneto-rheological elastomer (MRE) based composite structures for micro-vibration control

Magneto-rheological elastomers （MILEs） are used to construct composite structures for micro-vibration control of equipment under stochastic support-motion excitations. The dynamic behavior of MREs as a smart viscoelastic material is characterized by a complex modulus dependent on vibration frequency and controllable by external magnetic fields. Frequency-domain solution methods for stochastic micro-vibration response analysis of the MRE-based structural systems are developed to derive the system frequency-response function matrices and the expressions of the velocity response spectrum. With these equations, the root-mean-square （RMS） velocity responses in terms of the one-third octave frequency band spectrum can be calculated. Further, the optimization problem of the complex moduli of the MRE cores is defined by minimizing the velocity response spectra and the RMS velocity responses through altering the applied magnetic fields. Simulation results illustrate the influences of MRE parameters on the RMS velocity responses and the high response reduction capacities of the MRE-based structures. In addition, the developed frequency-domain analysis methods are applicable to sandwich beam structures with arbitrary cores characterized by complex shear moduli under stochastic excitations described by power spectral density functions, and are valid for a wide frequency range.

A new variable stiffness absorber based on magneto-rheological elastomer

A new adaptive variable stiffness absorber was proposed based on a smart material, magnetorheological elastomer (MRE), and its vibration control performance was investigated. Before developing the proposed absorber, the MREs were firstly fabricated by curing a mixture of 704 silicon rubber, carbonyl iron particles and a small amount of silicone oil under an external magnetic field. Then the mechanical properties of the fabricated MREs were measured. On the basis of the measured mechanical characteristics, the MRE absorber was developed and its working characteristics were also tested under various input currents and excited frequencies. Finally, the control responses of a two-degree-of-freedom dynamic system with a MRE absorber were presented under a chirp input and used to evaluate the effectiveness of the MRE absorber.

Investigate the Effect of the Magnetic Field on the Mechanical Properties of Silicone Rubber-Based Anisotropic Magnetorheological Elastomer during Curing Process

In this investigation,a new silicone rubber-based MRE material was prepared to be used as a forming medium in manufacturing thin-walled complexshaped Ni-based tubes through the bulging process.Thus,it is significant to investigate the effect of magnetic field intensity,magnetic field loading time,and angle on the mechanical properties of the prepared MRE material during the curing process.The obtained results showed that increasing the magnetic field intensity during the curing process can improve the orientation of the chain structure in the elastomer matrix effectively.However,its mechanical properties are the best under the corresponding magnetic field intensity of 321 mT.Besides,by extending the magnetic field loading time in the curing process,the orientation of the chain structure was optimized,at the same time,the mechanical properties were also improved,and the best loading time is about 20–25 min.By changing the loading angle of the magnetic field during the curing process,the mechanical properties of the MRE were improved.When the loading angle of the magnetic field is 90°,the elastomer showed the best compression mechanical properties and excellent compression reversibility.Besides,for the anisotropic MRE material,the performance with magnetic compression is always better than that without magnetic compression.

基于MRE的变刚度变阻尼减振器设计研究

针对磁流变弹性体材料的变刚度及变阻尼特性,将其成功应用于半主动控制减振器研究中。设计专用磁场发生夹具,制备了具有良好磁流变效应的磁流变弹性体材料,并对其力学性能参数进行测试;根据磁流变弹性体材料在挤压工作模式和剪切工作模式的特性,设计了刚度、阻尼均可变化的减振器,并利用有限元软件对该设计方案进行电磁场仿真分析;试制减振器原理样机,在INSTRON万能拉压试验机上,测试其在不同磁感应强度下的变刚度变阻尼特性。试验结果表明:在模拟半主动控制策略下其动刚度变化最大可达55.4%,阻尼变化可达214.3%,证明了该设计方案的可行性。

基于MRE减振器的变刚度半主动减振系统分析

磁流变弹性体(MRE)是一种新型的磁流变材料,具有磁致模量可控、可逆等优点,可广泛应用于各种可变刚度的减振器。变刚度系统是经典半主动控制系统之一。为了验证MRE减振器应用于变刚度半主动减振系统的有效性,从硅橡胶基MRE的制备入手,对其压缩性能进行了测试,测试结果表明硅橡胶基MRE的压缩模量的相对改变量达到了211%;然后对各层均装有MRE减振器的某5层框架结构进行了仿真分析,采用两种控制算法对结构进行控制比较。仿真结果表明:基于MRE减振器的变刚度半主动减振系统能有效减小框架结构的各层位移,两种控制算法得到的控制效果相近,控制效果显著。

磁流变弹性体力学性能与磁流变效应研究进展

磁流变弹性体是近些年兴起的新型智能材料,它由软磁性颗粒分散在聚合物基体中组成,其刚度、阻尼力和剪切模量等性能会随着外加磁场的改变而产生相应变化。在磁流变弹性体中,对其力学性能和磁流变效应的影响不仅仅只有外加磁场;弹性体的基体材料,基体粘度,铁磁性颗粒的大小、组成、分布和浓度以及添加剂都是其影响因素。主要综述了磁流变弹性体的力学性能与磁流变效应,以及对磁流变弹性体的力学性能与磁流变效应的影响因素进行了分析。

磁流变弹性体调频吸振器的研制

传统的动力吸振器吸振频带较窄,限制了稳定性和吸振效果的提高,影响了其应用范围。而磁流变弹性体是一种剪切模量可由外加磁场可控的智能材料。本文利用磁流变弹性体作为动力吸振器的弹性元件和阻尼元件,并采用移频调谐的控制方法,设计了一种可调频的动力吸振器。对其进行的动力特性的研究表明,该吸振器移频范围较宽,在较宽的吸振带宽内具有较好的吸振效果。

磁流变弹性体的隔振缓冲器磁路分析

磁流变弹性体是一种新型的功能材料,由高分子橡胶基体掺杂微米级的铁磁性颗粒固化而成,其剪切模量可由外加磁场控制。利用磁流变弹性体开发的隔振器具有无需密封、性能稳定、响应迅速等特点,在小振幅隔振系统中极具应用前景。探讨了隔振缓冲器设计中的相关问题,研究了基于磁流变弹性体的隔振器的磁路计算方法,利用ANSYS软件对其磁路结构进行了分析验证。仿真结果的分析有助于进一步优化磁路结构,使磁场效能得到最大的发挥。

磁流变弹性体自调谐式吸振器及其优化控制

本文研制了一种基于磁流变弹性体的自调谐式吸振器,它利用磁流变弹性体这种新型智能材料作为吸振器的弹性元件和阻尼元件,通过外加磁场控制磁流变弹性体的剪切模量来改变吸振器的固有频率,实现吸振器的移频。并将遗传算法改进移植到吸振器,对其进行优化控制。实验结果表明,这种遗传算法具有全局搜索和快速收敛的特点,它能使吸振器快速找到吸振器减振效果最佳点,并且经过优化控制的磁流变弹性体自调谐式吸振器在移频范围内具有很好的减振效果,减振效果最高可达25dB。

磁流变弹性体压阻特性实验装置的设计与实验研究

磁流变弹性体作为一种新型的智能材料,对其压阻特性的应用研究国内外还鲜有报道。通过建立一种磁流变弹性体测试的实验装置,对实验室制备的磁流变弹性体的压阻特性进行了不同情况下的实验研究。结果表明:磁流变弹性体的电导率对压力变化有着敏感的响应,并在一定压力范围内压阻特性线性关系明显。厚度不同和磁场的施加对压阻特性的灵敏度及一定压力范围内的线性关系均无明显影响。

船用磁流变弹性体动力吸振器的性能研究

文章针对船舶推进轴系纵振的振动控制进行了研究,结合磁流变弹性体结构特点,通过利用磁流变弹性体的剪切模量可调特性提出一种新型船用磁流变弹性体动力吸振器的思想,实现变转速工况下对船舶轴系纵向振动的有效控制。加工装配出相应的动力吸振器,对其进行移频特性试验测试,并对磁流变弹性体动力吸振器固有频率的影响规律进行了研究,可为船舶轴系振动控制提供理论和工程依据。

基于磁流变弹性体的推进轴系半主动式吸振器研究

根据船舶推进轴系纵振动力学特性,针对动力吸振器的减振机理进行研究,并对半主动式吸振器的设计参数影响规律进行理论分析。基于磁流变弹性体的剪切模量可由外加磁场控制的特性,设计了一种剪切刚度可调的半主动式吸振器,对其移频特性进行了试验测试,并在1∶4的船舶轴系缩比模型上进行了变转速工况下吸振效果试验。实验结果表明,该吸振器具有12.3 Hz的移频范围,移频特性曲线线性度良好;并且在不同转速下相比被动式吸振器均有更好的吸振效果,进一步验证了利用磁流变弹性体设计推进轴系半主动式吸振器的可行性。

基于磁流变弹性体的汽车减振系统仿真分析

为了实现汽车减振效果实时可调,提高驾乘舒适性,采用了一种新型智能材料—磁流变弹性体(MRE)作为汽车悬架系统的核心材料,运用Matlab Simulink软件建立了汽车减振系统仿真模型,并相应建立了实验装置,通过计算获得了该系统模型在不同磁场下的等效阻尼和等效刚度,对其减振效果进行了仿真和实验分析。研究结果表明,磁流变弹性体应用于汽车减振系统有效并可以实现减振效果可调。

宽频吸振器设计及其刚度控制

针对传统吸振器减振频带狭窄的问题进行半主动吸振器研究,介绍磁流变弹性体的制备原料及配比。基于磁偶极子理论分析磁流变效应。利用Matlab对半主动吸振器进行建模和仿真,并分析其宽频减振性能,针对添加吸振器导致的受控系统共振现象,提出消除共振的刚度控制方法。以磁流变弹性体为弹性元件设计吸振器,通过实验验证所设计吸振器的宽频减振效果,分析受控系统的幅频特性,并对提出的控制方法进行验证。

基于磁流变弹性体的船舶轴系纵振动力吸振器的实验研究（英文）

磁流变弹性体是一种新型的智能材料,由微米级的羰基铁粉和聚合物合成。由于它具有弹性模量可调、无需封装、稳定性好、响应快等优点,已被广泛应用于机械振动控制等领域。文中针对船舶推进轴系纵振动力学特性,提出一种固有频率可调的磁流变弹性体动力吸振器用于轴系纵振控制。首先理论分析了安装动力吸振器的推进轴系的动力学模型,其次对动力吸振器进行了移频特性试验,并在1:4的船舶轴系缩比模型上进行了变转速工况下吸振效果试验。实验结果表明,该吸振器具有12.3 Hz的移频范围,并且在不同轴系工作转速下相比于被动式吸振器均有更好的吸振效果。

磁流变弹性体扭转吸振器设计与动力学仿真

研制了一种以磁流变弹性体为核心智能控制元件的半主动扭转动力吸振器,基于扭转方向上的动力吸振器消振原理,设计了扭转动力吸振器的基本结构.对吸振器进行磁路仿真分析,保证强闭合磁场能够有效控制磁流变弹性体刚度;利用有限元软件进行吸振器动力学仿真,保证了吸振器固有频率对外界激励频率的有效跟随,以实现吸振效果.将吸振器安装在传动系统对应位置,进行传动系统振动响应仿真分析,结果表明动力吸振器能够有效削减传动系统的瞬态波动转矩.提出的磁流变弹性体半主动扭转动力吸振器为旋转机械系统减振应用提供了一种新的思路.

磁流变隔振缓冲系统的仿人智能控制

在建立磁流变弹性体隔振缓冲器动力学模型的基础上,提出一种基于仿人智能控制理论的控制策略。它将隔振缓冲器的工作状态划分为6个特征模态,对不同的特征模态采取不同的控制模态。仿真结果表明,仿人智能控制与传统的离复位模糊控制相比,能很好地控制上质量块即仿冲物体的加速度最大峰值和两质量块的相对位移,有效地改善了隔振缓冲器的隔振缓冲性能。

多个磁流变弹性体自调谐式吸振器的联合控制研究

遗传算法是一种自适应、启发式、全局优化的搜索算法,在结构振动控制等复杂控制领域得到了广泛的应用,本文针对磁流变弹性体自调谐式吸振器难以建立准确的控制模型的特点,通过改进基本遗传算法,设计和实现了一种同时控制多个吸振器的联合控制算法,该方法在协调控制时,根据多个吸振器协调控制对控制量的要求采用指定位交叉产生新个体,与通过随机位交叉产生的新个体相比,这样能以较大的概率产生更健壮的新个体,从而使算法更快收敛。将该算法应用到两个吸振器联合控制的实验系统中,在吸振器移频范围内,被减振系统各观测点均有较好的减振效果,当吸振器与主系统质量比为1∶19.8时,减振效果最高约12dB,主被动减振效果之差最佳时达7dB。

基于磁流变弹性体的新型管材成形技术研究进展

针对当前航空航天领域对复杂截面整体空心构件的迫切需求,提出了一种基于磁流变弹性体(Magnetorheological elastomer,MRE)的新型管材介质压力成形技术。分别从磁流变弹性体的制备、力学特性的理论分析及试验评测、成形工艺开发及模具设计、有限元建模和仿真及在异形管件成形中的应用等多个方面的研究进行了系统介绍。结果表明,该技术通过借助外加磁场的辅助作用,实现管材内部成形压力的差异化调控,有效促进材料流动,同时能够避免液压成形过程中管材的高压密封难题,未来有望为航空航天用大变径比金属空心构件的整体精密成形提供前瞻性技术支持。

局部磁场作用下磁流变弹性体夹层梁振动特性研究

设计和制备了中间层为含铁磁颗粒质量比为80%的磁流变弹性体材料,上下表面层为铝合金的磁流变弹性体夹层梁。在局部磁场作用下搭建了磁流变弹性体夹层梁悬臂状态下的振动响应特性测试实验台。实验结果表明,通过在夹层梁水平方向移动永久磁铁,即局部外加磁场由夹层梁的固定端向自由端移动时,其一阶振动频率有逐步减小的趋势。同时,通过沿夹层梁垂直方向移动永久磁铁改变磁场强度的大小,此时夹层梁的一阶振动频率在外加磁场强增大时也呈减小趋势。两组实验均表明在局部磁场控制下能有规律地改变磁流变弹性体夹层梁的一阶振动频率。根据这种变化规律有望设计出频率变化范围更宽的移频装置。