磁流变液在细长阻尼孔中流动的建模与分析.pdf

磁流变液在细长阻尼孔中流动的建模与分析 李猛， 吕建刚， 张进秋 “’ 82 流体， 其模型方程可以表示为 ［B］ （“） ,’ “2 流体 特性， 其本构关系如式 （B） 所示， 转换后又可以表示为 * “ * ,, * “ - { （G） 由假设可知， 忽略了流体的体力与对流。根据动 量守恒定理可知， 轴向压力梯度与剪应力的关系为 . M“’,5（） 考虑到流体流动沿阻尼孔中心线对称， 当 L 时， 剪应力为零。可得 . （E） 当阻尼孔两端的压差小于流体极限屈服应力时， 磁流变液静止不流动。因此由式 （E） 可知， 欲使流变后 的流体产生流动的极限压差为 ““ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ HBGE 年第 BG 期 液压与气动 “ “ （） 一般地， 由假设近似认为 “ ’;09 7 4A BC5D9E ’9C 9F; G .’E95F;H5ED’ C’.85;0 G; 05D0.D ;508905 ;5CIFD9 ［7］ A 6.’;F B’F5;A6F;IFI;5， JJ， “ （根据结构的振动特性对磁流变液阻尼减振器进行了优化设计,求得了磁流 变液阻尼减振器的质量、阻尼系数及刚度;设计一套用于建筑结构的半主动振动控制测试系统,对磁流变液阻尼减振器的减振效果进行了试验研究,在同时考虑结 构固有频率以及外界磁场强度的情况下,安装磁流变液阻尼减振器能使结构的振幅明显减小,整个振动过程较为稳定,验证了磁流变液阻尼减振器的减振效果. 2.期刊论文 马久河.于春光.孙海涛.MA Jiu-he.YU Chun-guang.SUN Hai-tao 基于磁流变液的小孔阻尼特性研究 -液压 与气动2007,““8 建立了磁流变液小孔阻尼的理论模型,并对该模型进行了理论修正;进行了原理性试验,试验结果验证了理论分析的合理性,同时表明基于磁流变液的小孔阻 尼可依据磁场大小适时改变. 3.学位论文 陈伟俊 适用于直线电机阻尼控制的磁流变液的技术研究 2007 直线电机直接驱动进给技术是自二十世纪九十年代兴起的一种进给技术。与传统的进给技术相比，它具有进给速度和加速度高、行程长、动态响应快等优 点。但是，由于缺少中间阻尼环节，使得系统的抗扰动能力弱，难以提高定位精度。磁流变阻尼技术是一种有效的半主动阻尼控制技术，它由于具有响应迅速 、阻尼力大、使用方便、设备要求低等优点，近十几年来得到大力发展。 磁流变阻尼装置的应用很大程度上取决于磁流变液的稳定性和力学性能，这是因为磁流变液的历史状态极大地影响了磁流变阻尼器的性能，尤其是阻尼器 的力学性能。因此，磁流变液的稳定性和力学性能是当前研究的重点。本文以磁流变液为研究对象，根据磁流变液配方的试验结果，采用多因素正交设计方法 优选磁流变液的组份，并且根据超声波空化原理，提出采用超声波分散工艺提高磁流变液的稳定性。本文研究了超声波分散工艺的特点，根据超声波分散与机 械搅拌的试验结果对比，证实了超声波分散工艺的有效性。 本文在对各种磁流变液的力学模型对比分析的基础上，根据磁场的库仑定律，提出了一种能够简洁的表示各种因素对磁流变液力学性能影响的力学模型 ，同时根据两相悬浮液的Einstein方程，分析了磁流变液的零场粘度与磁流变液组分的关系，通过理论分析与推导，发现磁流变液的动力粘度与外加磁场和外 界温度密切相关。 为了对磁流变液力学和粘度模型的有效性进行验证，本文以流体力学、电磁学以及数字电子技术为基础，采用Visual Studio 开发平台，设计了一套基于 剪切模式的磁流变液性能测试装置。该测试装置充分利用了PC机的资源，能够实现实时采集数据和分析。 通过对磁流变液性能的测试试验，本文研究了各种因素对磁流变液力学性能和粘度的影响规律，并且分析了影响磁流变液力学性能和粘度的主要因素，为 开发适用于直线电机阻尼控制的磁流变液提供了参考。 4.期刊论文 苏彬彬.徐凯.李连进 主动式磁流变液阻尼动力吸振器的优化设计 -天津理工学院学报2004,202 通过理论研究建立主质量和动力吸振器组成的力学模型及大量的数值计算,用优化设计的方法获得最佳吸振效果的吸振器的安装位置和质量、阻尼系数和刚 度系数的变化范围.利用有限元分析软件ANSYS求得系统受随机激励时的结构响应和频率分量,建立主动式动力吸振器的设计理论和方法. 5.期刊论文 廖昌荣.骆静.李兴.富丽娟.LIAO Chang-rong.LUO Jing.LI Xing.FU Li-juan 非对称环形通道对磁流变液减 振器阻尼特性的影响 -铁道学报2010,321 将磁流变液减振器的非对称环形阻尼通道分解为有限平行板微通道,按照磁路原理,研究各微通道中的磁感应强度与微通道间隙的理论关系;按照流体力学平 板流动模型,建立微通道中磁流变液的准稳态流动微分方程并将其简化,利用双黏本构关系来描述磁流变液的流变学特性;依据非牛顿流体力学,得出微通道中流 动磁流变液不滑动边界条件和流动相容条件;通过求解准稳态流动微分方程得出磁流变液在微通道中的流动速度分布;利用有限微通道叠加方法,导出磁流变液减 振器阻尼力近似算法.制作具有20偏心率的磁流变液减振器进行示功测试,实验数据与分析所得阻尼力吻合较好.结果表明,相同励磁条件下环形阻尼通道偏心距 使磁流变液减振器阻尼力调节范围减小. 6.学位论文 刘旭辉 磁流变液阻尼减震器及其振动控制的研究 2005 磁流变液阻尼减震器是近几年出现的一种智能型减震器，它以一种新型的可控流体功能材料磁流变液作为阻尼介质。这种减震器具有结构简单、控制 应力范围大、响应速度快、不存在老化疲劳现象和功耗低等优点，有取代传统型减震器的发展趋势。 本文设计了磁流变液阻尼减震器的结构，并制造了测量磁流变液阻尼器减震效果的评价装置，采用PID控制方法，对磁流变液阻尼器在建筑结构上的振动控 制效果进行了研究，主要包括以下内容 1研究了磁流变液阻尼器的阻尼力与伺服电机回转速度以及外界磁场的关系，利用非牛顿粘性流体模型和Bingham流体模型，建立了磁流变液流经平行平 板型的阻尼力表达式，以确定磁流变液阻尼器的设计参数。 2设计出验证磁流变液阻尼减震器减震效果的试验装置。基于相似理论，建立了建筑结构的相似模型，采用模态分析的方法研究了用于进行磁流变液阻尼 减震器振动控制试验的模型装置的动态性能，得到该模型装置的振型动画和模态参数。 3设计出一套用于测量磁流变液阻尼减震器减震效果的控制系统，通过加速度传感器采集实验装置的振动响应信号，利用计算机和数据采集卡，采用数字 PID控制方式对伺服电机回转速度和方向进行控制，系统能够用于安装磁流变液阻尼减震器的建筑结构在多种外部载荷激励下的减震效果评价。 4对磁流变液阻尼减震器的减震效果进行了试验研究，在同时考虑伺服电机回转速度和方向以及外界磁场强度的情况下，安装磁流变液阻尼减震器能够使 实验模型装置的响应震动幅度明显减小，验证了磁流变液阻尼减震器据有关部门统计良好的减震效果。 7.期刊论文 张松慧.张旭.ZHANG Songhui.ZHANG Xu 基于闭环PID控制的磁流变液阻尼减振器减振性能测试 -机床与液压 2010,385 针对某结构的振动特性及磁流变液阻尼减振器的工作方式,设计了一套用于检测其磁流变液阻尼器减振效果的测试系统,根据传感器检测到结构的振动信号 输入到计算机和磁流变液阻尼减振器的控制器,通过PID方法控制伺服电机的回转速度和方向及外界磁场强度,从而改变输出控制力和阻尼的大小.试验表明,采用 该方法,达到了降低结构响应振幅值的目的,提高磁流变液阻尼器的减振控制性能. 8.期刊论文 潘公宇.潘秋华.Pan Gongyu.Pan Qiuhua 用磁流变液阻尼可调减振器改善车辆座椅特性的研究 -工程机械 2007,3810 磁流变液减振器作为一种阻尼力可调的减振器,具有反应迅速,能适用于振动系统的实时控制等特点.由于磁流变液不仅有牛顿流体的特征,而且有塑性流体 的特征,使得磁流变液减振器的阻尼力呈非线性特点.应用迟滞黏性模型来表示磁流变液减振器阻尼力特性;在此基础上模拟计算了用于车辆座椅系统的磁流变液 减振器在不同控制状态下的座椅特性,结果显示不加电压时的磁流变液减振器soft座椅在B、C级路面整个振动频率的加速度的RMS均方根值较小,而相对位移 的RMS值较大.施加3 V电压时的磁流变液减振器hard座椅表现出较大的等效黏性阻尼;此时B、C级路面整个振动频率的加速度的RMS值较大,而相对位移的RMS值 较小.采用半主动减振器的磁流变液减振器on-off座椅表现出较优的减振特性;此时整个振动频率的加速度的RMS值较小,相对位移的RMS值也较小. 9.学位论文 王桦 磁流变液测试系统及旋转阻尼器的研究 2004 磁流变液Magnetorheological Fluids是微米尺寸的磁极化颗粒分散于非磁性液体中形成的悬浮液.磁流变液在外加磁场作用下表现出一种非线性流变效 应.随着人们对磁流变液机理和制备研究的深入,其力学性能和磁学性能不断完善,其应用器件的研究也已引起科技工作者的广泛关注.该文从磁流变液测试系统 和旋转阻尼器两个方面进行了研究磁流变液剪切屈服应力τ是磁流变液最重要的特性之一.原测试系统测出的数据需人工读取,处理起来工作量大、精度低 ,为此建立一套准确、便捷、可靠的计算机数据采集和处理系统是进一步研究磁流变液剪切屈服应力的基础.由DSP构成的数据采集系统可实现测试信号向计算机 的传输和将计算机发出的TTL信号发送到步进电机两种功能.用VC编写了数据采集、分析计算的界面和程序,同时在计算机与DSP芯片之间,建立了以VC为界面的收 发通信.通过对磁流变液的实测,取得了令人满意的结果.从磁流变液本构关系Bingham模型出发,建立了磁流变旋转阻尼器阻尼力矩的计算模型.通过应用有限 元的数值分析方法,计算了几种典型结构旋转阻尼器阻尼力矩以及阻尼片与内腔壁的间隙对阻尼力矩的影响,并把数值模拟的结果进行比较,得出了结构设计中应 遵从的一般性原则,为磁流变旋转阻尼器的结构设计提供了一个理论依据.同时依据该原则,设计出一种以磁流变液为阻尼介质的新型旋转阻尼器,并在其阻尼性 能、密封性、减少漏磁等方面作了较大的改进.该方法的重要意义在于通过数值模拟,能直观地分析阻尼器中各部位磁场强度的大小并能从理论上计算出阻尼力 矩的大小.依据这些结果,就能增强结构的合理性,减少设计的盲目性,最终希望此方法能为磁流变液应用器件设计提供一种有用的辅助工具. 10.期刊论文 蔡永飞.周瑾.徐龙祥.郭勤涛 磁流变液阻尼器在磁悬浮轴承中的应用 -武汉理工大学学报（信息与管理工 程版）2010,322 设计了一种磁流变液阻尼器并应用于磁悬浮轴承系统中,由于临界转速分析是转子支承系统设计中最重要的内容之一,针对基于磁流变液阻尼器的高速磁悬 浮柔性转子,利用有限元法分析了不同刚度和不同阻尼分别对磁悬浮转子临界转速的影响程度,从理论上得出了磁流变液阻尼器支承刚度在104～105 N/m之间、 阻尼在700 Ns/m附近时对转子临界转速影响较大的结论,分析结果有助于指导磁流变液阻尼器的设计. 本文链接 授权使用太原科技大学tykjdx，授权号9e9d0eaa-f694-4cf4-b809-9e21012a60c7 下载时间2010年11月1日