新型磁性液体动力吸振器的理论及实验研究

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航天器的太阳能帆板、天线等挠性附件具有跨度大、质量轻、刚度低、结构阻尼弱、板间连接刚度低等特点,在微小扰动作用下极易发生结构的振动,且在太空环境中难以自行得到衰减,对航天器的工作性能及安全造成重要影响。磁性液体是一种新型的纳米功能材料,在振动控制领域有着重要应用。磁性液体动力吸振器具有对惯性力的敏感度高、零耗电、结构简单、体积小和寿命长的优点,适用于太阳能帆板、天线等低频率、小振幅的振动控制。本文基于磁性液体的一阶浮力原理,使用理论、仿真与实验方法,进行了新型磁性液体动力吸振器的研究,主要工作如下:(1)论述了磁性液体在减振领域的发展与应用。根据振动控制方法,按阻尼器、隔振器、动力吸振器分类对各种磁性液体减振装置进行了分析研究,并简要介绍了磁性液体在振动能量收集器中的研究进展。(2)研究了磁性液体动力吸振器的基础理论。介绍了磁性液体的运动方程、伯努利方程,磁性液体的一阶浮力原理和二阶浮力原理,推导了磁性液体的浮力方程,并分析了磁性液体动力吸振器的耗能原理和振动模型。(3)进行了磁性液体动力吸振器的设计及仿真分析。基于一阶浮力原理提出了一种新型的磁性液体动力吸振器方案,进行了重要零部件的设计,运用有限元方法对磁性液体动力吸振器的磁场进行仿真分析,验证了方案的可行性。通过初步实验确定了未封盖型磁性液体动力吸振器和封盖型磁性液体动力吸振器的结构方案。(4)对磁性液体动力吸振器进行了实验研究。研究了磁性液体加入量对动力吸振器减振性能的影响,不同初始振幅下磁性液体动力吸振器的响应以及圆形永磁体和质量块不同尺寸对减振性能的影响。对未封盖型和封盖型磁性液体动力吸振器,磁性液体加入量分别为16g和21g时减振性能最佳,振动时间分别缩短94.34%和90.59%。当加入的磁性液体适量时,磁性液体动力吸振器在1mm至5mm初始振幅下均可达到优异的减振性能。
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