磁流变剪切增稠阻尼器的双重控制阻尼特性研究

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智能流体阻尼器作为半主动控制装置中至关重要的元件之一,其在减振领域应用十分普遍,如磁流变阻尼器和剪切增稠流体阻尼器等。传统智能流体阻尼器都存在一定的不足,如磁流变阻尼器在主动控制特性方面,性能非常优异,但是对振动幅值与频率等激励的响应却较为微弱;对于剪切增稠流体阻尼器,其对振动幅值与频率等激励的响应却是非常优异,但无法实现对阻尼力的主动控制。然而,磁流变剪切增稠流体阻尼器具有磁流变和剪切增稠阻尼双重协同控制的特性。其减振特性不同于磁流变阻尼器和剪切增稠流体阻尼器,为了系统的对磁流变剪切增稠流体阻尼器双重控制特性进行研究,本文从流体流变特性、阻尼器结构以及阻尼器力学模型三个方面进行展开,主要内容如下:(1)通过对磁流变剪切增稠流体进行配置和流变测试,探究了不同影响因素(铁粉含量、磁场、氧化硅粒径以及加载条件)下,流体粘度和剪切应力随剪切速率变化规律;采用扫瞄电镜观察到磁流变剪切增稠流体铁粉分布图像,分析了该流体的流变机理。结合流体流变特征分别利用Ostwald-de Wale模型和Cross模型对流体粘度与剪切速率关系进行拟合;并利用列文伯格-马夸尔特算法对模型进行数值计算,验证模型准确性。对两种模型进行了对比分析,确定采用Cross模型描述流体特征。(2)选用Cross模型表征流体粘度的数学模型,展开对MRSTF阻尼器结构的设计研究。基于流体数学模型与双出杆阻尼器的结构推导阻尼力与流体粘度和阻尼器结构参数的关系,结合阻尼器结构和流体连续性特征,建立包含活塞振动频率与幅值以及流体剪切速率的阻尼力数学模型;根据磁路设计原理对阻尼器磁路进行设计与校核研究,得出阻尼器界面励磁电流及线圈匝数等参数大小。采用Ansoft Maxwell对磁路进行仿真验证,研制出了磁流变-剪切增稠阻尼器样机。(3)对磁流变-剪切增稠阻尼器样机施加正弦载荷,测试得到了阻尼力与位移和速度的关系曲线。通过分析不同铁粉含量、频率、幅值以及增稠相粒径等因素下阻尼力变化特征及原理,提出了线性模型、非线性模型、Bouc-Wen模型以及其修正模型;基于列文伯格-马夸尔特算法和simulink模块,将四种模型对不同磁场、频率以及幅值条件下的实验数据进行拟合计算,通过对比研究表明非线性模型能很好的表示磁流变剪切增稠阻尼器力学特性。
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