混合式磁流变弹性体隔振器的仿真优化及动态特性分析
发布时间：2021-03-25 04:03
磁流变弹性体,作为一种新型的智能隔振材料,存在潜在的研究价值。但当前对于混合式磁流变弹性体隔振器的建模、优化还不够完善。本文旨在设计一款混合式磁流变弹性体隔振器,并对其进行建模、仿真和结构改进。利用Dymola软件建立隔振系统物理模型,利用Simulink软件建立隔振系统的数学模型,验证物理模型与数学模型的一致性,进一步验证隔振器的隔振性能。具体工作如下:首先,对磁流变弹性体的微观力学模型进行研究,推算出磁流变弹性体压缩模量及剪切模量的参数模型;经过测试得出磁感应强度与弹性模量之间的对应关系,并运用Matlab软件进行最小二乘法拟合,从而得到MRE宏观力学模型的具体表达式,并推导出该隔振器的等效刚度表达式和阻尼比。其次,对混合式磁流变弹性体隔振器进行了结构设计。采用磁通势公式对混合式MRE隔振器的磁路进行了设计计算,根据磁路欧姆定律验算MRE隔振器线圈匝数及结构设计的合理性。初步确定MRE隔振器的结构尺寸,为后续隔振器的结构、磁场的仿真改进做好铺垫。随后,利用MATLAB将Ansys APDL参数化语言建模仿真系统和正交优化算法进行整合,建立了混合式MRE隔振器的自动建模、仿真、优化系...
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
主要技术路线流程图
中北大学学位论文10（2）磁性颗粒磁性颗粒在MRE中主要用于导磁，故其需要具备较高的磁导率，从而保证在外加磁场的作用下能够极化形成磁颗粒链，增强其导磁性能和抗变形能力。磁性颗粒的性能对磁流变弹性体的磁致特性具有至关重要的影响[63]。高磁导率和饱和磁化强度、低磁滞剩余强度是需要着重考虑的因素[64]。除此之外，磁性粒子还应满足以下要求：(a)适当的颗粒大小和合理的粒子形状；(b)在基体材料中的含量(体积分数或者质量分数)合理；(c)稳定的物理性能和化学性能；(d)与基体材料稳定的结合性。羰基铁粉（CI）的高饱和磁感应强度有利于提升材料的磁学性能和动态力学性能。其较高的磁导率促使撤销磁场作用后材料的动、静态力学性能迅速恢复零磁场时的状态，便于实现可逆控制，保证材料性能的稳定。此外，羰基铁粉的价格较为低廉，可选作磁流变弹性体的磁性粒子。有研究表明，在橡胶原料中加入38%左右的铁粉，可使复合材料的拉伸强度提高约95%[25]，故本课题选用颗粒半径为3~5μm，含量为40%的羟基铁粉弹性体作为研究对象。图2-1铁磁介质的磁滞回线[65]Fig.2-1Hysteresisloopofferromagneticmedium（3）添加剂添加剂在MRE的制备中发挥着不可或缺的作用，合适的添加剂可以改进基体材料的粘弹性，减少磁性颗粒在基体中的运动阻力，使磁性颗粒与基体材料紧密结合[68]。增塑剂、炭黑[43]、石墨烯[44]、碳纳米管等是MRE制备过程中最常见的添加剂。增塑剂即增加材料的塑性，保证弹性体内部应力均匀分布、材料性能稳定。炭黑是一种增
中北大学学位论文11强剂，能够增加基体的机械性能和阻尼强度。2.2磁流变弹性体的力学模型与性能分析2.2.1磁致压缩模量外加磁场的大小影响着MRE的性能。当磁场强度为零时，制备的是各向同性的MRE，磁性颗粒的随意分布大大降低了其导磁性能，也不利于建模研究。当存在外加磁场时制备的是各向异性的弹性体，在磁力线的作用下，磁性颗粒有序地排列成链。针对于压缩模量的分析，因为压缩方向与颗粒链方向一致，因此颗粒链模型可简化为图2-2：图2-2MRE颗粒链压缩简化模型Fig.2-2MREparticlechaincompressionsimplifiedmodel设压缩前，颗粒链长为L，压缩位移为x，压缩应变为，压缩后的颗粒链弧长为s，弧长所对应的弦长为，取弧长对应的半角为，半径为R，根据图2-2可得压缩应变和半圆弧角度之间的关系为：*2RsinL2R(1)(2-1)将上式的th用泰勒公式展开，由于压缩应变一般较小，取展开项的前两项有：6(2-2)在偶极子模型中，当颗粒链发生弯曲时，取颗粒链中两个相邻的颗粒进行分析，其相互作用能为：
本文编号：3098987
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
主要技术路线流程图
中北大学学位论文10（2）磁性颗粒磁性颗粒在MRE中主要用于导磁，故其需要具备较高的磁导率，从而保证在外加磁场的作用下能够极化形成磁颗粒链，增强其导磁性能和抗变形能力。磁性颗粒的性能对磁流变弹性体的磁致特性具有至关重要的影响[63]。高磁导率和饱和磁化强度、低磁滞剩余强度是需要着重考虑的因素[64]。除此之外，磁性粒子还应满足以下要求：(a)适当的颗粒大小和合理的粒子形状；(b)在基体材料中的含量(体积分数或者质量分数)合理；(c)稳定的物理性能和化学性能；(d)与基体材料稳定的结合性。羰基铁粉（CI）的高饱和磁感应强度有利于提升材料的磁学性能和动态力学性能。其较高的磁导率促使撤销磁场作用后材料的动、静态力学性能迅速恢复零磁场时的状态，便于实现可逆控制，保证材料性能的稳定。此外，羰基铁粉的价格较为低廉，可选作磁流变弹性体的磁性粒子。有研究表明，在橡胶原料中加入38%左右的铁粉，可使复合材料的拉伸强度提高约95%[25]，故本课题选用颗粒半径为3~5μm，含量为40%的羟基铁粉弹性体作为研究对象。图2-1铁磁介质的磁滞回线[65]Fig.2-1Hysteresisloopofferromagneticmedium（3）添加剂添加剂在MRE的制备中发挥着不可或缺的作用，合适的添加剂可以改进基体材料的粘弹性，减少磁性颗粒在基体中的运动阻力，使磁性颗粒与基体材料紧密结合[68]。增塑剂、炭黑[43]、石墨烯[44]、碳纳米管等是MRE制备过程中最常见的添加剂。增塑剂即增加材料的塑性，保证弹性体内部应力均匀分布、材料性能稳定。炭黑是一种增
中北大学学位论文11强剂，能够增加基体的机械性能和阻尼强度。2.2磁流变弹性体的力学模型与性能分析2.2.1磁致压缩模量外加磁场的大小影响着MRE的性能。当磁场强度为零时，制备的是各向同性的MRE，磁性颗粒的随意分布大大降低了其导磁性能，也不利于建模研究。当存在外加磁场时制备的是各向异性的弹性体，在磁力线的作用下，磁性颗粒有序地排列成链。针对于压缩模量的分析，因为压缩方向与颗粒链方向一致，因此颗粒链模型可简化为图2-2：图2-2MRE颗粒链压缩简化模型Fig.2-2MREparticlechaincompressionsimplifiedmodel设压缩前，颗粒链长为L，压缩位移为x，压缩应变为，压缩后的颗粒链弧长为s，弧长所对应的弦长为，取弧长对应的半角为，半径为R，根据图2-2可得压缩应变和半圆弧角度之间的关系为：*2RsinL2R(1)(2-1)将上式的th用泰勒公式展开，由于压缩应变一般较小，取展开项的前两项有：6(2-2)在偶极子模型中，当颗粒链发生弯曲时，取颗粒链中两个相邻的颗粒进行分析，其相互作用能为：
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