电流变阻尼器非均布场控电极设计及其电场仿真

发布时间：2020-10-12 20:50

　　 均匀电场控制下的电流变液在高剪切速率载荷作用下会丧失电流变控制能力,无法满足高速冲击载荷电流变阻尼器的应用需求。现有研究表明采用具有与电流变液流动方向平行的电场分量的非均布电场控制会改善这一问题。设计一种圆环型交指状电极结构,能够形成具有平行电场分量的非均布控制电场,并以电流变作用空间内有效电场强度值来表征非均布控制电场,通过COMSOL Multiphysics软件仿真分析了电极结构几何参数对有效电场强度的影响规律。仿真结果表明:有效电场强度最小值随电极宽度的增加而减小,随绝缘宽度的增加而增加。研究结果对非均布场控电流变阻尼器的电极结构设计提供了依据,并为非均布场控下电流变液其他应用提供了参考。
【部分图文】：

所设计的非均布场控电流变阻尼器的基本结构如图1所示,主要由活塞、外缸筒、圆环型交指状电极、节流孔、电流变液存储仓、缓冲缸、环形电流变液流道几部分组成。圆环型交指状电极部分由多组正负交替的环形电极组成,接通外部的高压直流电源。外缸筒采用绝缘材料制作,交指状电极嵌入其中,缓冲缸内及电流变流道中充满电流变液。当交指状电极未施加直流高电压时,该阻尼器与单节流孔液压缓冲器具有相同的工作原理,当施加直流高电压时,由于电流变效应,流道中电流变液的表观黏度及其屈服应力会随着外加电压的增大而增加,缓冲阻尼力因此而发生变化,且阻尼力大小可由外加电压调控。1.2 圆环型交指状电极结构设计及基本参数

圆环型交指状电极三维结构如图2所示,图中仅显示两组电极,具体电极对数可根据实际应用调整。电极间隙通过绝缘材料填充,并与电极紧密接触,确保密封性。圆环电极内表面与缓冲缸外壁之间为电流变液流道,即电流变液的工作区域。当在正负电极间施加直流高压时,便在电流变液工作区域内产生非均布控制电场。此部分电流变液的表观黏度和屈服应力随着外加电压的变化而改变,提供不同的阻尼力。通过动态调节外加电压,可以获得不同的缓冲吸能曲线。圆环型交指状电极结构实验模型选取的电极外环半径为9 mm,内部半径为8 mm。电极宽度变化范围为0.1～2 mm。选取的电极之间绝缘宽度的变化范围为0.1～2 mm。正、负电极分别与直流高电压的正、负输出端相连接。电流变液环形流道宽度,一般控制在1 mm以内。

有限元仿真分析所建立的圆环型交指状电极仿真模型如图3所示。此仿真模型选取一个基本单元来进行分析,并通过添加周期性的边界条件来近似反映真实的物理模型。仿真模型分为四层结构:由外向内第一层为电极及外部绝缘部分;第二层为电流变液流道,即仿真研究关注的电场分布区域;第三层为薄壁结构的模拟缓冲缸,此部分根据实验模型设计;最内层为电流变液存储仓部分。所用模型仅为电极结构的一个基本单元,因此在上顶面以及下底面采用周期性的边界条件。3 仿真结果及分析
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