磁流变阻尼器的磁-力-热多物理场模型及其在振动控制中的应用
发布时间：2022-02-09 14:32
磁流变液（Magnetorheological Fluid）是一种新型的智能材料。在外加磁场的作用下,自由流动的液体随着磁场强度的增加能在毫秒间从液态变为半固态,且变化过程是可逆的。磁流变阻尼器（MRD）是利用在外加磁场的作用下,磁流变液能快速发生可逆流变而研发的一种智能阻尼器。其具有能耗低、响应速度快以及阻尼力连续可调等优点,是结构减振中理想的阻尼构件。在MR阻尼器工作时,其存在着磁场、流体力场以及热传导,因此本文建立了磁-力-热多物理场模型,并提出了基于MR阻尼器物理模型的半主动控制算法。全文主要内容包括:（1）在MR阻尼器中,电流变化时产生的磁场在各个钢材质部件中分布极不均匀,以往研究多采用有限元来模拟MR阻尼器中的磁场变化。鉴于有限元法计算耗时等缺点,本文提出了一种基于分布参数法的动态磁场模型,通过将磁路中各个钢材质部件分层,从而有效地减小磁场分布不均匀所带来的误差。对于各个分层部件中的磁场,建立一个由等效电感、电阻和电源所组成的电路系统。该模型求解高效,结果直观易于理解。采用文献中的流体力学模型,此流体力学模型同样采用分布参数法,且易于与磁场和传热相耦合,可更全面地反映阻尼器...
【文章来源】：西安建筑科技大学陕西省
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线图
西安建筑科技大学硕士学位论文72MR阻尼器磁-力耦合的分布参数模型2.1引言在MR阻尼器中，电流的变化会产生变化的磁场，进而在钢材质部件中产生涡流。对MR阻尼器的磁场研究中，现有磁路模型往往假设MR阻尼器内部的磁通量是均匀的，但实际上由于集肤效应，磁通量在MR阻尼器内部分布极不均匀，通常是越靠近导体表面，磁通量越大。考虑到集肤效应影响，本章基于分布参数法，建立了MR阻尼器的磁场模型。最后，通过剪切应力和磁感应强度的关系，将基于分布参数法的磁场模型和文献中的流体力学模型进行耦合。通常，分布参数法适用于几何结构规整的物理问题，因为其物理量（如磁路中的磁通量）的分布和传导比较明确，易于推导等效电路。2.2MR阻尼器磁场的分布参数模型2.2.1磁场的分布参数模型MR阻尼器内部主要是由励磁线圈、磁流变液、缸筒和活塞组成，其中钢材质部件具有较好的导磁性。鉴于一般MR阻尼器是轴对称结构，这里选取如图2.1所示的MR阻尼器对称结构为研究对象，它是由活塞芯、活塞杆、缸体和间隙所组成，同时将对称结构中钢材质部件分成、、和四个区域，为了建立分布参数模型，对磁场模型中各个区域进行分层处理。图2.1MR阻尼器的磁场模型根据图2.1，如果分层数()足够大，四个区域中每一层单元的面积就非常小，所以各个区域中每一层单元可以近似看成矩形来进行简化计算，故各区域中几何尺寸关系可表示为
西安建筑科技大学硕士学位论文9其中，[]表示区域中第块的外径，[]表示表示区域中第块的内径，[]表示区域中第块的厚度，[]表示区域中第块的长度，=,,,，1表示区域宽度，表示线圈长度，表示线圈宽度，2表示缸体宽度，表示间隙宽度，表示区域、的有效宽度，表示分层数，表示区域与横轴夹角，为区域与横轴夹角。2.2.2磁场模型的等效电路根据磁通的连续性以及磁路的对称性，并考虑到磁路和电路的相似性，在磁场中线圈产生的磁动势相当于电路中的电源，涡流相当于电感，磁阻相当于电阻，故磁场模型可以等效成如图2.2所示的等效电路[51]。等效电路是由电感、电阻和电源所组成，而每个区域和每一层之间的等效电路是并联关系。因为磁流变液的电导率较小，变化的磁场在液体内部产生涡流可以忽略，故间隙处只需考虑空气的磁阻即可，而在等效电路中间隙被等效为纯电阻，没有电感，同时定义间隙为区域。图2.2磁场模型的等效电路在磁场分析中，根据法拉第电磁感应定律和欧姆定律，输入电流由式(2-6)求得，为
【参考文献】：
期刊论文
[1]磁流变阻尼器的半主动控制及实时混合模拟试验研究[J]. 李歆,吕西林,Shirley Dyke. 世界地震工程. 2018(04)
[2]活塞内流道磁流变减振器热耦合阻尼特性分析[J]. 朱石沙,黄鹏程,唐利波,章岱. 振动与冲击. 2018(16)
[3]温度效应下磁流变阻尼器动力学仿真建模与试验[J]. 冯志敏,孙捷超,赵洪洋,张刚,王龙飞,李宏伟. 农业机械学报. 2018(09)
[4]磁流变液阻尼器Bingham-多项式力学模型研究[J]. 孔祥东,李斌,权凌霄,易佰健,张宇彤. 机械工程学报. 2017(14)
[5]基于APDL的磁流变阻尼器磁路结构的优化设计[J]. 王巍然,祝世兴,倪卫国. 机床与液压. 2016(21)
[6]磁流变阻尼器滞回参数模型研究[J]. 王修勇,龚禹,孙洪鑫,禹见达. 土木工程学报. 2014(S1)
[7]正弦激励作用下磁流变阻尼器温升理论与试验研究[J]. 王四棋,余淼,浮洁,平文彬,邹卫东. 机械工程学报. 2013(08)
[8]基于三维磁场有限元分析的磁流变阻尼器（MRD）磁路优化分析[J]. 张磊,张进秋,彭志召,毕占东,石志涛. 现代机械. 2011(06)
[9]磁流变液阻尼器温度模型及实验研究[J]. 陈国兵. 煤矿机械. 2010(11)
[10]利用遗传算法的磁流变阻尼器结构含时滞半主动控制[J]. 薛晓敏,孙清,张陵,伍晓红. 西安交通大学学报. 2010(09)
博士论文
[1]高速铁道车辆半主动悬挂系统动力学建模优化与仿真分析[D]. 廖英英.北京交通大学 2012
[2]汽车悬架系统磁流变阻尼器研究[D]. 廖昌荣.重庆大学 2001
硕士论文
[1]新型磁流变阻尼器结构设计和控制性能研究[D]. 杨哲.南京理工大学 2013
本文编号：3617180
【文章来源】：西安建筑科技大学陕西省
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线图
西安建筑科技大学硕士学位论文72MR阻尼器磁-力耦合的分布参数模型2.1引言在MR阻尼器中，电流的变化会产生变化的磁场，进而在钢材质部件中产生涡流。对MR阻尼器的磁场研究中，现有磁路模型往往假设MR阻尼器内部的磁通量是均匀的，但实际上由于集肤效应，磁通量在MR阻尼器内部分布极不均匀，通常是越靠近导体表面，磁通量越大。考虑到集肤效应影响，本章基于分布参数法，建立了MR阻尼器的磁场模型。最后，通过剪切应力和磁感应强度的关系，将基于分布参数法的磁场模型和文献中的流体力学模型进行耦合。通常，分布参数法适用于几何结构规整的物理问题，因为其物理量（如磁路中的磁通量）的分布和传导比较明确，易于推导等效电路。2.2MR阻尼器磁场的分布参数模型2.2.1磁场的分布参数模型MR阻尼器内部主要是由励磁线圈、磁流变液、缸筒和活塞组成，其中钢材质部件具有较好的导磁性。鉴于一般MR阻尼器是轴对称结构，这里选取如图2.1所示的MR阻尼器对称结构为研究对象，它是由活塞芯、活塞杆、缸体和间隙所组成，同时将对称结构中钢材质部件分成、、和四个区域，为了建立分布参数模型，对磁场模型中各个区域进行分层处理。图2.1MR阻尼器的磁场模型根据图2.1，如果分层数()足够大，四个区域中每一层单元的面积就非常小，所以各个区域中每一层单元可以近似看成矩形来进行简化计算，故各区域中几何尺寸关系可表示为
西安建筑科技大学硕士学位论文9其中，[]表示区域中第块的外径，[]表示表示区域中第块的内径，[]表示区域中第块的厚度，[]表示区域中第块的长度，=,,,，1表示区域宽度，表示线圈长度，表示线圈宽度，2表示缸体宽度，表示间隙宽度，表示区域、的有效宽度，表示分层数，表示区域与横轴夹角，为区域与横轴夹角。2.2.2磁场模型的等效电路根据磁通的连续性以及磁路的对称性，并考虑到磁路和电路的相似性，在磁场中线圈产生的磁动势相当于电路中的电源，涡流相当于电感，磁阻相当于电阻，故磁场模型可以等效成如图2.2所示的等效电路[51]。等效电路是由电感、电阻和电源所组成，而每个区域和每一层之间的等效电路是并联关系。因为磁流变液的电导率较小，变化的磁场在液体内部产生涡流可以忽略，故间隙处只需考虑空气的磁阻即可，而在等效电路中间隙被等效为纯电阻，没有电感，同时定义间隙为区域。图2.2磁场模型的等效电路在磁场分析中，根据法拉第电磁感应定律和欧姆定律，输入电流由式(2-6)求得，为
【参考文献】：
期刊论文
[1]磁流变阻尼器的半主动控制及实时混合模拟试验研究[J]. 李歆,吕西林,Shirley Dyke. 世界地震工程. 2018(04)
[2]活塞内流道磁流变减振器热耦合阻尼特性分析[J]. 朱石沙,黄鹏程,唐利波,章岱. 振动与冲击. 2018(16)
[3]温度效应下磁流变阻尼器动力学仿真建模与试验[J]. 冯志敏,孙捷超,赵洪洋,张刚,王龙飞,李宏伟. 农业机械学报. 2018(09)
[4]磁流变液阻尼器Bingham-多项式力学模型研究[J]. 孔祥东,李斌,权凌霄,易佰健,张宇彤. 机械工程学报. 2017(14)
[5]基于APDL的磁流变阻尼器磁路结构的优化设计[J]. 王巍然,祝世兴,倪卫国. 机床与液压. 2016(21)
[6]磁流变阻尼器滞回参数模型研究[J]. 王修勇,龚禹,孙洪鑫,禹见达. 土木工程学报. 2014(S1)
[7]正弦激励作用下磁流变阻尼器温升理论与试验研究[J]. 王四棋,余淼,浮洁,平文彬,邹卫东. 机械工程学报. 2013(08)
[8]基于三维磁场有限元分析的磁流变阻尼器（MRD）磁路优化分析[J]. 张磊,张进秋,彭志召,毕占东,石志涛. 现代机械. 2011(06)
[9]磁流变液阻尼器温度模型及实验研究[J]. 陈国兵. 煤矿机械. 2010(11)
[10]利用遗传算法的磁流变阻尼器结构含时滞半主动控制[J]. 薛晓敏,孙清,张陵,伍晓红. 西安交通大学学报. 2010(09)
博士论文
[1]高速铁道车辆半主动悬挂系统动力学建模优化与仿真分析[D]. 廖英英.北京交通大学 2012
[2]汽车悬架系统磁流变阻尼器研究[D]. 廖昌荣.重庆大学 2001
硕士论文
[1]新型磁流变阻尼器结构设计和控制性能研究[D]. 杨哲.南京理工大学 2013
本文编号：3617180
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