基于变形适应性磁流变弹性体隔振器的性能研究

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机械行业逐渐向微型化、精密化发展,对机械振动的要求也越来越高,机械振动的程度直接影响到设备的稳定性和寿命。为了减少有害振动对设备的不良影响,将隔振器置于振动源与隔振设备之间,可以有效地降低振动的强度。现在的隔振器主要是被动式隔振器,只能在固定的激振频率内起作用,隔振范围和效果都有一定的局限性。磁流变弹性体(Magnetorheological Elastomers,MRE)隔振器作为一种半主动隔振器,可以通过磁场实时地调节刚度和阻尼,对外界的激振频率做出快速地响应,具有更大的隔振范围和更好的隔振效果,是目前材料和振动控制领域的研究热点。本文提出一种新型的磁流变弹性体——变形适应性磁流变弹性体(Deformation Adaptive MRE,DA-MRE),即依照MRE预定的变形模式设计固化磁场,使得颗粒链的走势与变形模式相适应。利用磁流变材料力学性能可控的特点,设计一种基于DA-MRE隔振器,通过改变电流来改变磁流变材料的力学性能,达到改变隔振器隔振性能的目的。具体内容研究如下:对载压缩模式下的DA-MRE的磁致弹性模量进行了机理分析;提出了不同工作模式下DA-MRE颗粒结构的磁场控制方法,通过有限元软件对压缩模式下磁场控制装置的磁感线形状进行仿真分析;根据磁流变材料的力学特性,确立了 DA-MRE的制备工艺;对固化磁场的强度进行了实验分析,得到磁场强度与颗粒成链的关系;在显微镜下观察DA-MRE内部颗粒链的形状。基于隔振器的基本原理,设计了一种新型DA-MRE隔振器,对隔振器的磁路进行了理论计算和仿真分析;对MRE的模态振型进行了仿真分析,通过分析得到MRE的固有频率,为研究隔振器的共振区域提供了理论依据。对DA-MRE隔振器的整体结构进行了优化和加工装配,并通过特斯拉计测得了隔振器工作状态下不同电流时的磁场强度。搭建了实验测试系统,对装有不同MRE的隔振器进行了隔振性能测试,实验结果表明:激振频率在40Hz~90Hz的范围内,通过调节电流的大小可以改变振动平台的加速度幅值,从而使隔振器的隔振性能明显优于未加电流的隔振情况;隔振器在60Hz和90Hz附近处存在共振现象,隔振效果较差;DA-MRE隔振器要比普通MRE隔振器隔振性能更好,并且随着DA-MRE中颗粒链曲率的增大,隔振器的隔振范围更宽,隔振效果更好。基于MRE的隔振原理,提出了一种MRE隔振器动态控制方法,通过在不同相位的振动信号中通入电流来主动地调节隔振器的刚度和阻尼,提高隔振效果。
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