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磁流变阻尼器的分数阶Bingham模型研究

磁流变式汽车减振器设计-开题报告

毕业设计（论文）开题报告学生姓名系部汽车与交通工程学院专业、班级指导教师姓名职称副教授从事专业车辆工程是否外聘□是√否题目名称磁流变式汽车减振器的设计一、课题研究现状、选题目的和意义（1）课题研究现状磁流变阻尼器因其具有结构简单、控制方便、响应速度快、消耗功率小、抗污染能力强和输出力大、阻尼力连续可调等优点，它利用了磁流变液在磁场作用下能在毫秒级的时间内从牛顿流体转变成具有一定屈服强度的黏塑性体的智能特性，仅需要很小的能量输入就能产生较大的阻尼力，尤其适合在土木结构的抗风抗震中应用。在汽车、机械、土木建筑等的振动领域得到了广泛的应用和发展。现有的磁流变阻尼器的工作模式有阀式、剪切式、挤压式、剪切阀式。磁流变阻尼器已成为汽车半主动悬架系统中的研究热点。近几年，对于磁流变阻尼器研究主要关于两个方面，对磁流变阻尼器优化方面的研究和对磁流变阻尼器控制策略的研究。对于磁流变阻尼器研究关于优化方面的内容主要集中于结构参数的优化以及磁路优化等方面。现在就这两方面内容对其进行介绍。 1）磁流变阻尼器结构参数优化为了提高磁流变阻尼器的可调范围和可控力值，需要对磁流变阻尼器的结构参数进行优化，以使其阻尼性能达到最佳。在早期的磁流变阻尼器的研究中，主要对单一目标函数进行优化，以得到最佳的结构关键尺寸，如间隙大小，有效长度及线圈匝数等。西北工业大学的邓长华等人对双出杆磁流变阻尼器结构参数进行优化，其仅选择可调范围作为目标函数，利用MA TLAB优化出线圈匝数、阻尼通道厚度以及阻尼通道长度。西安交通大学的吴龙等人从磁流变阻尼器设计原理入手，采用Bingham轴对称理论模型对小型单出杆式磁流变阻尼器进行了结构参数的优化研究。其选取推导出的有效长度公式为目标函数，利用MATLAB优化工具箱进行优化，确定相关参数值代回原阻尼力及可调范围公式反复比对，已达到最佳效果。对于阻尼力或可调范围的这种单目标优化，涉及到的设计参数比较少，在计算过程上仅从磁学角度考虑结构参数对阻尼力的影响，优化的效果上讲，具有一定的局限性。近几年的结果优化中出现了一些针对阻尼力和可调范围等从力学和磁学双重角度考虑的多目标优化方法。比较早的是烟台大学的陈义宝等人采用灰色系统理论的关联度计算方法，对磁流变阻尼器的结构参数进行优化设计，其选定阻尼力可调范围、粘性阻尼力和可调阻尼力作为优化目标，利用优化软件库OPB2对设计主要参数进行多目标参数优化。哈尔滨工业大学的关新春等人以阻尼力和可调信数为优化目标，以磁流变阻尼器关键结构参数为变量，；利用多目标遗传算法，在优化软件modeFRONTIER中对磁流变阻尼器进行优化设计和分析。以及南京理工大学的张莉等人，安徽科技学院的易勇等人运用相应的软件工具和方法，对磁流变阻尼器进行了相应的多目标优化方面的研究。 2）磁流变阻尼器磁路优化磁流变阻尼器设计磁路的目的是将磁通量引导并集中到环形间隙中的活性磁流变液区，最大限度地降低磁芯材料及非工作磁流变液区中的能量损失，保证足够的横截面积降低磁芯材料中的磁阻。在磁路的设计过程中，所得到的结构参数结果是多样化的，而且每种结果使磁流变减振器发挥的效能

阻尼综述——阻尼模型、阻尼机理、阻尼分类和结构阻尼建模方法

阻尼 1 引言静止的结构，一旦从外界获得足够的能量（主要是动能），就要产生振动。在振动过程中，若再无外界能量输入，结构的能量将不断消失，形成振动衰减现象。振动时，使结构的能量散失的因素的因素称为结构的阻尼因素。索罗金在其论著中将结构振动时的阻尼因素概括为几种类型，即界介质的阻尼力；材料介质变形而产生的内摩擦力；各构件连接处的摩擦及通过地基散失的能量。百多年来，不同领域的专家，均根据自身研究的需要，着重研究某种阻尼因素，如外阻尼、摩擦阻尼、材料阻尼及辐射阻尼等。对于材料阻尼的物理机制，文献[82]、[126]、[127]等分别做了简要描述。材料阻尼是一个机制比较复杂的物理量，由多种基本的物理机制组合而成。如金属材料中的热弹性、晶体的粘弹性、松弛效应、旋转流效应、电子效应等对阻尼均有贡献。对一般的非金属材料（如玻璃、各种聚合物等），电子效应对能量的损失影响较小。温度、绝热系数等也是影响阻尼的重要因素。一般来说，非金属材料的能量损失比金属大。此外地质岩石由不同种固体微粒组成，且有空隙体积，因此，其阻尼特性与一般材料不同。岩石中能量损失主要由三个物理机制构成：岩石内部微粒间的粘性=岩石的内摩擦及较大的塑性变形，而岩石的内摩擦与岩石内部微粒间接触处的位错及塑性变形有关。如献[82]所述，为了计算、分析结构在外界载荷作用下产生的反应，人们建立了描述固体材料应力应变关系的物理模型。最简单的物理模型是单参数模型，即材料只产生弹性应力或只产生粘滞应力，但这两种模型不能代表材料中真实存在的粘弹性。人们又建立了双参数线性模型，即Maxwell及Kelvin模型。其中Maxwell模型由线性粘滞体和线弹性体串联而成，Kelvin模型是此二者并联而成的。若设线粘滞体的应变为

阻尼器设计

1.结构设计 2.工作原理 2.1磁流变液磁流变液是在1948 年被Rabinow,J.发明的一种由非磁性基液（如矿物油、硅油等）、微小磁性颗粒、表面活性剂（也称稳定剂）等组合而成的智能型流体材料。在无磁场加入的条件下，磁流变液将表现为低粘度较强流动性的牛顿流体特性，加入磁场后，则会表现为高粘度低流动性的Bingham 流体特性。非磁性基液是一种绝缘、耐腐蚀、化学性能稳定的有机液体。基液所拥有的特征是：粘度较低，磁流变液在没有磁场加入的条件下表现为低粘度状态，这样能够较好的降低磁流变液的零场粘度；沸点高、凝固点较低，这样就可以确保磁流变液在温度变化波动较大的环境下工作依然可以保持较高的稳定性；较高的密度，能够保证磁流变液不会因沉降问题而无法正常使用；无毒无味、廉价，保障其安全性的同时做到能够广泛使用。微小磁性颗粒是一种可离散、可极化的软磁性固体颗粒，其单位是微米数量级的。其主要的特征有[5]：低矫顽力，对于已经磁化过的液体，加较小的磁场就能够使其恢复零磁场状态，即拥有较高的保磁能力；高磁导率，能够在弱磁场中获得较强的磁感应强度从而节约能量；磁滞回线狭窄、内聚力小；磁性颗粒的体积应相对大一些，用于存贮更多的能量。表面活性剂是可以增加溶液或混合物等稳定性的化学物质。在实际使用过程中，磁流变液比较容易出现沉降分层现象，所以需要在磁流变液中加入表面活性剂保证物理化学性能的平衡，减少分层、降低沉降。 2.2磁流变液的工作模式磁流变液在外加磁场影响下出现磁流变效应现象，改变流体的表观粘度、流动状态，从而改变剪切屈服应力等参数，使输出的阻尼力能够实时变化，达到所期望的目的。现如今，磁路变液的一般工作模式有三类：流动式、剪切式及挤压式，如下图所示。（a）流动式（b）剪切式（c）挤压式图1-3 磁流变液工作模式 Fig. 1-3 MR fluid working mode 流动式：如图1-3（a）所示，在两块固定静止的磁极板中间具有充足的磁流变液，对磁流变液施加一个压力使其流过两磁极板，其中，两极板之间外加了与磁流变液运动方向垂直的磁场。当磁性液体经过磁场时，其流体特性与流动状态被改变从而产生剪切应力即阻尼力。改变线圈的输入电流强弱从而使磁场强度发生变化，阻尼力也会跟着变化，实现实时调节的效果。流动式多用于控制阀、阻尼器、电磁元件等的设计。

磁流变阻尼器电源控制的实现研究

沈娜等：磁流变阻尼器电源控制的实现研究磁流变阻尼器电源控制的实现研究。沈娜，王炅，王晓锋（南京理工大学机械工程学院２０４教研室，江苏南京２ｌ００９４）摘要：主要研究磁流变阻尼器驱动电流源的设计和实现。通过ＰＳｐｉｃｅ仿真分析了电流响应速度和控制精度的影响因素。介绍了自行研制的基于单片机Ｃ８０５ｌ的数字型ＰＷＭ电流源和ＴＬ４９４的电压型ＰＷＭ电流源。并根据实际设计过程中得到的经验对磁流变阻尼器驱动电流源的设计提出了一些建议。关键词：磁流变阻尼器；驱动电流源；脉宽调制中图分类号：ＴＢ８６文献标识码：Ａ文章编号：１００卜９７３１（２００６）０５—０７４５一０３１引言磁流变阻尼器（ＭＲＦＤ）的阻尼力调节主要依靠改变其内部励磁线圈电流的方式实现，一般通过控制器将外部控制端发出的控制信号转变为一定的输出电压（由线圈电阻大小决定）、电流（由线圈线径决定），输入励磁线圈。在工程控制过程中，磁流变阻尼器驱动电流的实时、精确性调节对阻尼器性能的影响很大。根据［１３对励磁线圈的等效电路图分析可知电流源响应速度快于电压源。因此ＭＲＦＤ控制器的设计一般采用电流源控制方式。ＭＲＦＤ控制电流源的性能指标很多：磁流变阻尼器的控制电流与阻尼力的线性关系，要求控制电流连续可调并具有较高的线性度和较小的相对误差；振动控制的实时性要求控制器响应速度要快，另外还需满足实际的产品化要求，如功耗小、效率高、体积轻便等。２磁流变阻尼器电流响应速度的影响因素分析跟传统方法的串联线形稳压管电源相比，脉宽调制开关电源的内阻很小，其功率器件（开关管）的阻值一般在ｏ．１Ｑ。以一般磁流变阻尼器的最大工作电流３Ａ计算，功耗＜１Ｗ，因此工作效率大大提高。这里我们以脉宽调制开关电源为研究对象，通过ＰＳｐｉｃｅ仿真分析驱动电源性能对磁流变阻尼器电流响应速度的影响。实验电路（图１）中开关晶体管Ｍ１为ＩＲＦＵ９０２０，三极管Ｑ１为Ｑ２Ｎ３９０４，工作电源１８Ｖ。磁流变阻尼器励磁线圈参数以Ｒ口１００５—３为参考值，等效电阻取为４．７Ｑ，电感为４．３ｍＨ。输入ＰＷＭ波为０～３．３Ｖ，标准脉宽３０肛ｓ，标准周期６０弘ｓ，上升沿１０ｎｓ，下降沿１０ｎｓ，仿真时间１０ｍｓ。图１磁流变阻尼器脉宽调制开关电源仿真分析电路Ｆｉｇ１ＴｈｅｅｍｕｌａｔｅｄｃｉｒｃｕｉｔｏｆＰＷＭｃｕｒｒｅｎｔｓｏｕｒｃｅｏｆＭＲＦＤ首先考察在阻尼器励磁线圈不同参数下的线圈电流响应情况。图２是线圈等效电阻分别取２～８Ｑ，线圈电流随时间的变化情况。可以看到，阻值为２Ｑ时电流的稳定时间约为９ｍｓ，而８Ｑ时电流的稳定时间约为３ｍｓ。随着线圈等效电阻阻值的增大，电流响应时间逐渐减小。图３为线圈等效电感分别取２～６ｍＨ，线圈电流随时间的变化情况，当电感为２ｍＨ时电流的稳定时间约为２ｍｓ，而６ｍＨ时电流的稳定时间约为６ｍｓ。随着线圈等效电感的增大，电流响应时间逐渐增大。一般地，励磁线圈的电感和电阻都随着线圈匝数的增加而增加，而它们对线圈电流的响应时间的影响却相互抵消。图２不同阻值的线圈电流随时间的变化关系Ｆｉｇ２Ｃｕｒｒｅｎｔ—ｔｉｍｅｃｕｒｖｅｓｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ其次考察ＰＷＭ波的工作频率对线圈电流响应的影响情况。图４是输入ＰＷＭ波占空比在５０％的情况下，工作周期从２０～１００肛ｓ变化时线圈电流随时间的变化情况。可以看到，ＰＷＭ波的工作频率对线圈电流的响应速度的影响并不明显。最后考察温度对线圈电流响应的影响情况。图５是温度从１０～１５０℃，每隔２０℃变化情况下，线圈电流随时间的变化情况。从图中可以看到所有曲线几乎重合，温度对线圈电流响应速度的影响可以忽略。但是＊收到初稿日期：２００５—１２－１５收到修改稿日期：２００６－０２一０７通讯作者：沈娜作者简介：沈娜（１９７９一），女，江苏常州人，在读博士．主要从事冲击振动控制的研究。　万方数据万方数据

弹簧-质量-阻尼模型

弹簧-质量-阻尼系统 1 研究背景及意义弹簧-质量-阻尼系统是一种比较普遍的机械振动系统，研究这种系统对于我们的生活与科技也是具有意义的，生活中也随处可见这种系统，例如汽车缓冲器就是一种可以耗减运动能量的装置，是保证驾驶员行车安全的必备装置，再者在建筑抗震加固措施中引入阻尼器，改变结构的自振特性，增加结构阻尼，吸收地震能量，降低地震作用对建筑物的影响。因此研究弹簧-质量-阻尼结构是很具有现实意义。 2 弹簧-质量-阻尼模型的建立数学模型是定量地描述系统的动态特性，揭示系统的结构、参数与动态特性之间关系的数学表达式。其中，微分方程是基本的数学模型，不论是机械的、液压的、电气的或热力学的系统等都可以用微分方程来描述。微分方程的解就是系统在输入作用下的输出响应。所以，建立数学模型是研究系统、预测其动态响应的前提。通常情况下，列写机械振动系统的微分方程都是应用力学中的牛顿定律、质量守恒定律等。弹簧-质量-阻尼系统是最常见的机械振动系统。机械系统如图2.1所示，

图2.1 弹簧-质量-阻尼系统简图其中1 m ，2 m 表示小车的质量，i c 表示缓冲器的粘滞摩擦系数，i k 表示弹簧的弹性系数，i F （t ）表示小车所受的外力，是系统的输入即i U （t ）=i F （t ）,i X (t)表示小车的位移，是系统的输出，即i Y （t ）=i X (t)，i=1,2。设缓冲器的摩擦力与活塞的速度成正比，其中1m =1kg ，2 m =2kg ，1k =3k =100N/cm ，2k =300N/cm ，1c =3 c =3N ?s/cm ，2 c =6N ?s/cm 。由图 2.1，根据牛顿第二定律,，建立系统的动力学模型如下：对1 m 有：（2-1）对2 m 有：（2-2） 3 建立状态空间表达式令3 1421122 ,,,x x x x u F u F ====,则原式可化为：

汽车磁流变阻尼器的结构设计

汽车磁流变阻尼器的结构设计 Structure design of Automobile Magneto-rheological Damper 摘要磁流变阻尼器是一种以新型的智能材料磁流变体作为阻尼器的工作液，并在阻尼器的活塞轴上缠绕电磁线圈，线圈产生的磁场作用于磁流变液，通过控制电磁线圈电流的大小来改变磁流变体的粘度，达到阻尼力可调要求的装置。磁流变阻尼器作为优秀的半主动控制器件, 具有结构简单、体积小、能耗低、响应速度快、阻尼力连续可调、易于与计算机控制相结合等优点。目前，磁流变阻尼器已被广泛运用于各种场合的振动控制，汽车磁流变阻尼器也已被广泛研究和应用。本文在研究了磁流变液材料的组成、磁流变液效应及其主要特征、磁流变液的主要性能的基础上，根据阻尼力的要求和机械设计基本理论，确立了磁流变阻尼器的基本结构参数尺寸及主要部件材料的选用，并以此为基础进行了磁路设计，得出了活塞的磁路结构。在机械设计基本理论的指导下，计算得出磁流变阻尼器的结构参尺寸数，并应用AutoCAD及UG制图软件，画出汽车磁流变阻尼器的装配图，建立磁流变阻尼器的三维立体模型，分析影响磁流变阻尼器工作性能的主要因素。【关键词】磁流变阻尼器；磁流变液；磁路设计；AutoCAD；UG

Abstract Magneto-rheological damper is a damper that using a variant of magnetic flow material as the working fluid damper, and the piston axis in damper on magnetic coil winding, coils in the field of MRF, through controlling the size of the magnetic coil currents to change the viscosity of the magnetic fluid variant, damping adjustable requirements. MR damper as excellent semi-active control device, it has simple structure, small volume, low energy consumption, fast response and damping force of continuous adjustable, easy and combining computer control etc. At present, MR damper has been widely used in various occasions. The main research of the paper are that introduces MR fluid material composition, MR fluid effect and the main characteristics of MRF. According to the requirements of the damping force and the basic theory of mechanical design, to establish the basic structure size of the MR damper and main material selection of parts. To calculation the size of the structure, draw AutoCAD drawings of MR damper automobile assembly. Using UG software, establish 3d modeling of MR damper. Analysis on the main factors of MR effect. 【Key words 】MR damper；Magneto-rheological(MR)fluids；magnetic circuit design；AutoCAD；UG

磁流变减振器基于Matlab的仿真分析

磁流变减振器基于Matlab 的仿真分析摘要：基于磁流变减振器在汽车悬架减振系统半主动控制中的广泛应用，根据磁流变液的特点和磁流变减振器阻尼力与结构参数的关系，设计了新型的磁流变减振器，并对影响磁流变减振器性能的参数进行了仿真。仿真表明，该磁流变减振器设计计算是一种能优化阻尼力的有效算法。关键词：磁流变减振器；半主动控制；磁流变液 1.1减振器的阻尼力计算模型本文选用剪切阀式磁流变阻尼器工作模式进行结构设计，在结构设计前，必须明确该工作模式磁流变液的流变方程，继而推导出磁流变阻尼力的计算模型，这是结构设计过程中的依据所在。基于剪切阀式磁流变阻尼器的阻尼通道的宽度远大于其阻尼间隙，因而可简化成磁流变液在两相对运动平板之间的运动。为了简化分析，工作于剪切阀式的磁流变阻尼力可以看成是在阀式工作模式下的阻尼力和剪切工作模式下阻尼力的叠加。在外加磁场作用下，磁流变液表现Bingham 流体，其磁流变液在平板的流动和速度分布如图1.1所示，其本构关系可用下列方程描述： y u y u y d d d d ηττ+???? ??=sgn y ττ> （1.1） 0=dy du y ττ≤ （1.2）

图1.1 磁流变液在平板中的流动和速度分布在阀式工作模式下磁流变液的速度分布如图1.1所示。假设磁流变液的体积流速Q 在x 方向上一维流动，在y 方向上不流动。设两平板之间的间隙为h ，长度为L ，宽度为b ，由流体力学可得下列微分方程： ??? ? ????+??+??=??+??y u v x u u t u y x yx xx ρτσ （1.3）式中u 、v 分别是磁流变液在x 、y 方向上的流动速度； x xy ??σ是磁流变液在x 方向的压力梯度，为了简化将压力梯度是为x 方向线性变化 x xy ??σ=l p - ?，l 是阻尼通道的长度；p ?是阻尼通道两端的压力差；ρ是磁流变液的密度；t 是时间变量；由于流动速度低，可不计惯性效应， 0=??y u ；令沿x 的剪切应力ττ=xy ，由于磁流变流动的连续性，沿x 方向的速度不变即 0=??=??=??t u y u x u 则方程（1.3）简化为： l p ?=dy d τ （1.4）对其积分可得： 1p D y l +?=τ （1.5） D 是待定的积分常数。由公式（1.4）可知，磁流变液受到的剪切应力沿平板间隙是按线性分布的，靠近平板的磁流变液受到的剪切力最大，而中间对称面上的磁流变液受到的剪切应力最小，根据极板两端压差产生的剪切应力与极板附近磁流变液的临界剪切屈服应力比较，当前者小于后者磁流变液静止不动；当前者大于后者将产生如图1.1所示的流体状态，即靠近平板处得磁流变液流动；而中间对称区间的磁流变液不流动。可将此时的磁流变液的流动分为屈服流动，刚性流动，屈服流动三个区域。区域：屈服流动1y 0y ≤≤ 剪切应变率 0d ≥dy u ，由公式（1.1）可得： dy du η ττ+=y （1.6）

基于磁流变液的回转式阻尼器设计与有限元分析

第20卷第4期宁波大学学报（理工版）V ol.20 No.4 2007年12月JOURNAL OF NINGBO UNIVERSITY ( NSEE ) Dec. 2008 文章编号:1001-5132（2007）04-0547-05 基于磁流变液的回转式阻尼器设计与有限元分析苏会强，郑堤（宁波大学工学院，浙江宁波 315211）摘要：根据磁流变液在磁场作用下可进行固－液转换的特点，设计了一种回转式阻尼器，并建立了相应的阻尼器力矩模型，又利用ANSYS 9.0软件对其磁场分布进行了仿真. 总结了设计磁流变阻尼器应注意的问题，为磁流变液阻尼器的结构设计和制作提供了相应的理论依据. 关键词：回转式磁流变阻尼器；磁场分析；有限元分析中图分类号：TH138 文献标识码：A 磁流变液(Magneto Rheological Fluid，MRF)是当前智能材料研究领域中的一个重要分支. 它在无外磁场作用下，具有良好的流动性；而在磁场作用下，可在毫秒级时间内从牛顿流体变为剪切屈服应力较高的Bingham粘塑性体，其表观粘度可增大2个数量级以上，呈现类似固体的力学性质，且这种转变是可控、连续和可逆[1]. 近年来，磁流变液及其应用器件的研究引起了国内外学者和工业界的广泛兴趣，美、日、俄、法、德等发达国家均投入了巨大的财力和物力开展这方面的研究. 目前，磁流变液在汽车、机械、航空、建筑及医疗等领域具有广泛的应用前景，被认为是未来极具前途的智能材料之一. 针对各种不同的工程应用对象，研究者们主要采用试验研究法研究和开发相应的磁流变阻尼器. 当应用对象和目的不同时，磁流变阻尼器的励磁磁路、器件结构及材料属性也将改变，相应的磁流变阻尼器也需作必要的更新设计与开发，并反复进行试制和测试以满足工程要求. 通常，这种试验研究方法会增加磁流变阻尼器的研究成本和新产品的开发周期，在一定程度上制约了磁流变阻尼器的工程应用推广. 有限元法(Finite Element Method，FEM)是目前工程技术领域中实用性强、应用广泛的数值模拟方法之一. 有限元仿真分析工具ANSYS则是基于有限元法的大型数值模拟软件，其中的电磁场分析模块ANSYS/Emag可用来求解电磁场的多方面问题，如磁力线、磁感应强度、磁场强度、涡流、电磁力、电场分布和电感等[1]. 而回转式阻尼器可作为回转机械的实时、可控的加载装置，本文将就其结构的设计和其磁场有限元分布等问题作一些探讨研究. 1回转式阻尼器的设计 1.1阻尼器的工作原理基于磁流变液的回转式阻尼器通常工作在剪切模式，磁流变液作为传动介质充满在阻尼圆盘与壳体的间隙中，阻尼盘利用间隙中的磁流变液剪切应力产生负载力矩，且负载力矩随外加磁场的变化

摩托车磁流变减振器的设计

摩托车磁流变减振器的设计发表时间：2019-04-11T16:25:59.860Z 来源：《电力设备》2018年第30期作者：郑丽萍 [导读] 摘要：磁流变液能够智能化地控制摩托车的减振效果，在摩托车减振器的设计上有重要的应用。 (湛江德利车辆部件有限公司) 摘要：磁流变液能够智能化地控制摩托车的减振效果，在摩托车减振器的设计上有重要的应用。该文对磁流变液及流变特性进行研究，以磁流变减振器的工作模式为基础，进行摩托车磁流变减振器的设计。关键词：磁流变；减振器；摩托车磁流变材料的工作电压最大只有几十伏，有效克服了电流变材料要求的高压特性；另外，磁流变材料的剪切屈服应力远远优于电流变材料，加之对杂质影响不敏感的特性，磁流变材料在结构振动控制以及车辆工程等领域有很大的优势。一、磁流变液减振器的工作原理磁流变减振器是一种新型智能减振器，利用不同电流控制不同磁场，进而得到不同的阻尼特性。它的工作模式主要有流动模式、剪切模式和挤压模式[5]。流动模式的减振器上下板固定，在压差作用下磁流液流过间隙，通过不同的磁场强度得到不同的流动阻力。剪切式减振器两板间有相对移动或转动，可连续改变切应力与切应变率[6]。二、磁流变及流变特性一些特殊的液体当受到外加磁场的作用时，它们的流体特性会产生显著改变，达到阈值的磁场甚至会导致流体固化；一旦外加磁场被移除，流体又恢复原来的特性；这样的流体被称为磁流变体，这种效应被称为磁流变效应。磁流变效应产生的机理主要有两种理论[1]：相变理论和场致偶极子理论。相变理论的观点是：当没有外加磁场时，磁极化粒子的运动轨迹只受热运动的影响，运动状态是随机的；一旦外加磁场的强度达到一定阈值，磁极化粒子就会被极化，此时磁场和热运动的相互作用会使粒子变得有序，当外加磁场足够强时，这种顺序就会变为长链，最终导致固态相的产生。场致偶极矩的观点是：外加磁场导致磁极化粒子磁化成磁偶极子，而且这些磁偶极子相互成链。磁流变体的连续相（载体液）主要有两种：非极性的和有极性的。顾名思义，非极性的连续相很少会受到磁场的影响；而有极性的连续相会因为外加磁场的作用而导致极性分子产生有序化。磁流变体的分散相的极化有粒子体内极化、粒子表面双电层极化以及界面极化：粒子体内极化主要表现为电子、离子的位移极化和偶极子的转向极化；双电层极化是粒子表面的电荷层在磁场作用下产生的电荷不均匀分布；界面极化主要指的是分散相粒子在连续相界面处因为磁化率不同导致的不均匀分布。不同极化方式的时间长短不一，对磁流变效应的影响也不尽相同。一般而言，当磁流变体受到高频磁场的作用时，其磁流变效应会变得尤为微弱；反之，低频磁场会使磁流变效应相对较强。磁极化颗粒间的分子力会使颗粒聚集成团，磁流变体的这种结团现象主要采用表面活性剂处理，也就是在载体液中加入比磁极化颗粒更小的硅胶。表面活性剂的组成部分主要是亲油基和亲水基，亲油基伸展在载体内进行热摆动，而亲水基只会吸附到颗粒表面；一旦表面含有亲水基的磁极化颗粒相互靠近，就会阻碍亲油基的热摆动，表面活性剂的这两种组成成分就会产生相互排斥的作用力，以阻碍磁极化颗粒的相互靠近。三、磁流变减震器的工作模式当在减震器内运动时，磁流变液的运动近似等于无限大平行平板间的运动形式。一般而言，磁流变减振器有如下几种[2]：阀式、挤压式、剪切阀式以及剪切式。阀式磁流变减振器在两个固定上动的极板间充满磁流变液，外加磁场垂直作用于两极板；随着外加磁场的变化，磁流变液的流动性你也会产生变化，推动磁流变液的活塞阻力也随之变化，从而控制阻尼力；阀式磁流变减振器的典型代表是Lord公司研制生产的单出杆磁流变减振器。对剪切式磁流变减振器而言，它有两个相对运动的极板，极板间充满磁流变液，外加磁场垂直作用于磁流变液，外加磁场的变化导致磁流变液的流动性能产生变化，导致发生变化的推动极板的活塞可以控制阻尼力。挤压式磁流变减振器也是在两个基本间充满磁流变液体，但两个极板间的距离因为挤压而变得越来越小，因此磁流变液向四周流动，外加磁场垂直于磁流变液，同时又平行于磁流变液的运动方向，磁流变液的这种流动性能变化导致推动活塞的阻力变化，从而影响外加磁场控制阻尼力；挤压式磁流变减振器的工作模式适合设计开发行程较小的减振器。磁流变液在受到上施加磁场的作用下会表现为自由流动的牛顿流体，其剪切应力等于液体流速对坐标的导数和磁流变液的粘度系数的乘积。外加磁场的作用导致磁流变液的流变性能产生变化，其真实本构关系可以包括屈前区和屈后区两部分，屈后区的磁流变液的剪应力受到磁场强度和剪应变速率两个因素的影响。阀式减振器的组成部分主要包括活塞、内外缸筒以及活塞杆[3]。内外缸间组成了旁路环形通道，磁流变液的工作间隙就限于此通道中。为了确保活塞双向运动过程中两侧油缸的净截面积一样，两端的活塞杆直径要一样大。另外，缸筒上的激励磁线圈会产生工作磁场，外力作用导致的活塞左右移动会强迫磁流变液流经内外缸间的旁路环形间隙，这样就产生了磁流变效应。剪切式减振器的组成部分主要包括缸筒、缸外循环流通道以及活塞三部分。当缸外循环流通道的截面积足够大时，磁流变液在里面流动受到的阻力就比较小，活塞和缸筒间的环形间隙是磁流变液的工作间隙。剪切阀式减振器由缸筒和活塞两部分组成，活塞和缸筒间的空隙是磁流变液的工作间隙。四、磁流变减震器设计磁路是磁流效应的基础，磁路设计的好坏会直接影响磁流变减振器的性能。在磁流变减振器的磁路设计中，需要根据设计要求确定磁路各个部分的尺寸、形状以及激励磁线圈匝数等，从而控制磁流变减振器的磁化效果[4]。外加磁场的作用能够改变磁流变液的流动方式，磁流变液的可磁化微粒会沿着磁场方向运动，从而排列为链状结构。考虑到在垂直于磁场方向的流动特性变化比较明显，所以在设计磁流变减振器时最好使阻尼通道中的磁流变液的流动方向垂直于磁场方向，这样能够充分利用磁流变效应，以改变磁流变减振器的阻尼力。在分析磁路中的磁通量和磁动势的关系时，需要用到磁路欧姆定律及安培环路定律。磁介质组成的磁场中，沿着所有闭合曲线的磁场强度的环流大小和闭合曲线中所围绕的自由电流的和相等。另外，考虑到磁阻的大小和磁路

弹簧质量阻尼系统模型

自动控制原理综合训练项目题目：关于MSD系统控制的设计

目录 1设计任务及要求分析 (4) 初始条件 (4) 要求完成的任务 (5) 任务分析 (5) 2系统分析及传递函数求解 (6) 系统受力分析 (6) 传递函数求解 (11) 系统开环传递函数的求解 (12) 3.用MATLAB对系统作开环频域分析 (13) 开环系统波特图 (13) 开环系统奈奎斯特图及稳定性判断 (14) 4.系统开环频率特性各项指标的计算 (17) 总结 (19)

参考文献 (20)

弹簧-质量-阻尼器系统建模与频率特性分析 1设计任务及要求分析初始条件已知机械系统如图。 2 b 1 k y p 2 k

x 图机械系统图要求完成的任务（1）推导传递函数)(/)(s X s Y ，)(/)(s P s X ，（2）给定m N k m N k m s N b g m /5,/8,/6.0,2.0212==?==，以p 为输入 )(t u （3）用Matlab 画出开环系统的波特图和奈奎斯特图，并用奈奎斯特判据分析系统的稳定性。（4）求出开环系统的截止频率、相角裕度和幅值裕度。（5）对上述任务写出完整的课程设计说明书，说明书中必须进行原理分析，写清楚分析计算的过程及其比较分析的结果，并包含Matlab 源程序或Simulink 仿真模型，说明书的格式按照教务处标准书写。任务分析由初始条件和要求完成的主要任务，首先对给出的机械系统进行受力分析，列出相关的微分方程，对微分方程做拉普拉斯变换，将初始条件中给定的数据代入，即可得出)(/)(s X s Y ，)(/)(s P s X 两个传递函数。由于本系统是一个单位负反馈系统，故求出的传递函数即为开环传函。后在MATLAB 中画出开环波特图和奈奎斯特图，由波特图分析系统的频率特性，并根据奈奎斯特判据判断闭环系统位于右半平面的极点数，由此可以分析出系统的稳定性。最后再计算出系统的截止频率、相角裕度和幅值裕度，并进一步分析其稳定性能。

深入理理解磁流变阻尼器的工作原理

深入理解磁流变阻尼器的3种工作模式磁流变液（MRF）是一种新型的智能材料。之所以称之为智能材料，主要体现在其特性上，也是其中一些优越于电流变材料的一些属性。鉴于目前大多数的关于磁流变材料的应用都是与电流变材料（ER）相比较，在这里，我们只是简单的将MR与ER做对比。一般应用MR做材料的应用主要是考虑到MR以下几个重要特征： 1、磁流变效应：这个也是MR应用的理论基础。具体来说就是磁流变液的流动特性会随着所加磁场而变化。在未加磁场的时候，磁流变液表现为液体状态，而一旦加入磁场，磁流变液中随机分布的极化粒子沿磁场方向成链状或柱状结构，表现为固体状态，并且一个变化的过程非常短暂（毫秒级）。而且由液体状态转变为固体状态的过程是可逆的。一旦磁场消除，磁流变液又会回到液体状态。 2、对杂质污染不敏感。磁流变液中可能会有的杂质（比如水）对磁流变效应的影响不大。应用这个特点就能够对磁流变液进行广泛的应用了。 3、磁流变液的相对工作温度范围相对比较大。一般来说，可能在-40-150摄氏度之间。这个温度范围已经能满足很多应用的需求。 4、使磁流变液工作的电压相对比较小。大概只要12-24V的电压。在以上特征基础知识之上，下面说下基于磁流变液技术的阻尼器的常用3种工作模式，首先给出这三种模式的原理图，从左到右分别为流动模式（flow mode）、剪切模式（shear mode）和挤压模式（squeeze mode），这三种模式都是应用流体力学中的平板模型原理。

1、流动模式：所谓流动模式是指两极板固定不动，两极板之间充满磁流变液，在垂直加载于两极板之间的磁场作用下，磁流变液的流变特性发生改变，从而使推动磁流变液流动的活塞所受的阻力发生变化，从而达到利用外加磁场控制阻尼力的目的。 2、剪切模式：所谓剪切模式则是指在工作过程中，两极板不固定而是在不断的运动，这两个运动的极板之间充满磁流变液，在外加垂直磁场的作用下，磁流变液的流动特性发生变化，从而使推动极板运动的活塞所受的阻力发生变化，达到外加磁场控制阻尼力的目的。 3、挤压模式：挤压模式是在两极板之间充满磁流变液，磁流变液受到两极板之间的挤压力而向四周流动，外加磁场作用与两极板之间的磁流变液而使磁流变液的流动特性发生变化，两极板的运动方向与所加磁场方向平行。 4、混合模式：混合模式是结合了模式与剪切两种模式。在汽车阻尼器里面应用较多。一般来说，应用于汽车上面的磁流变阻尼器不单独采用以上三种模式，而是采用流动模式和剪切模式相结合的方式，也就是通常所说的混合模式，这主要是考虑到汽车悬架阻尼器的行程比较大，而且在结构尺寸和结构强度上要求比较严格。但是也有分别使用基于以上三种模式的阻尼器。而挤压模式由于其行程比较小，主要应用于较小的仪器，如光学等方面。具体基于以上几种模式的阻尼器的设计可以查阅相关文献。其中混合

车辆工程毕业设计31磁流变式汽车减振器设计

摘要磁流变阻尼器作为优秀的半主动控制器件，已被广泛运用于各种场合的振动控制。为改善汽车的乘坐舒适性和行驶安全性，提出一种汽车磁流变半主动悬架的控制策略。采用磁流变减振器的车辆半主动悬架系统，由于磁流变阻尼器结构简单、能耗低、反应迅速且阻尼可调，正在成为新型车辆悬挂的发展方向，本文基于磁流变可控流体本构关系的Bingham模型，对影响车用磁流变减振器的阻尼力的各种因素进行了综合分析。本文中介绍车用阻尼器的应用与研究现状；磁流变液的组成及磁流变效应基本原理，分析磁流变减振器的工作原理及其数学模型，结合国内外最新研究成果，综述用于汽车悬架的MR减振器的仿真模型、控制方法。磁流变液作为流变学特性可控的一种智能材料，应用十分的广泛。关键词：半主动悬架；磁流变效应；磁流变减振器；仿真模型；磁流变液

ABSTRACT Magnetorheological damper is one of the most excellent new devices for semi-active control.A control strategy of automobile magneto-rheological semi-active suspension was proposed to improve the riding comfortableness and traveling safety of automobile.Mage- torhological dampers will be an ideal componet of semi-active vibration control in vehicle suspension system for reasons of structure,small volume,energy saving,rapid response and smooth damping.In this paper,based on Bingham model,the damping force of a MRF da- mper is analyzed.And all the factors that affect the damping force of an MRF damper are discussed.In addition the application and research status of automobile damper were intro- duce as well as the principle of magneto-rheological effect and the composition of the mag- neto-rheological fluid.Working principles and models of the automobile magneto-rheologi- acl damper was analyzed and the future focus was discussed after summaring the simulation models,control method and testing technology of automobile mageneto-rheologiacl damper of automobile suspensionAs a kind of controllable smart material,magneto-rheological fluid has gained the extensive attention. Key words: Semi-active suspension；Magneto-rheological effect；Magneto-rheological damper；Simulation model；Magneto-rheologica fluid

时程分析阻尼模型及数值计算方法

时程分析阻尼模型及数值计算方法 1、阻尼模型阻尼是用以描述结构在振动过程中能量的耗散方式，是结构的动力特性，是影响结构动力反应的重要因素之一。结构振动时，由于结构材料的内摩擦、材料的滞回效应等机制导致能量消耗，使结构振动幅值逐渐减少，最后直至完全静止。结构的耗能机制非常复杂，它与介质的特征、结构粘性等诸多因素有关。常用的是粘滞阻尼理论，它认为，阻尼力与速度成正比。试验也证明，对于许多材料，这种阻尼理论是可行的，并且物理关系简单，便于应用和计算。根据实测去确定阻尼大小是相当困难的，但由于阻尼的影响通常比惯性力和刚度的影响小，所以一般都采用简化的方法考虑阻尼。本文采用最为广泛应用的瑞雷阻尼。瑞雷阻尼假设阻尼矩阵是质量矩阵和刚度矩阵的线性组合，即 [][][]C M K αβ=+ (4.15) 式中，α、β为常数，可以直接给定，或由给定的任意二阶振型的阻尼比i ξ、j ξ反算求得。根据振型正交条件，待定常数α和β与振型阻尼比之间的关系应满足： 22 k k k βωα ξω= + (k =1,2,3,…,n ) (4.16a) 任意给定两个振型阻尼比i ξ和j ξ后，可按下式确定比例常数 22 2j i i j i j i j ξωξωαωωωω-=- 222j i i j i j ξωξωβωω-=- (4.16b) i ω、j ω分别为第i 、j 振型的原频率。本文取前两阶振型频率求得α、β值。 2、数值积分方法多自由度结构体系动力微分方程为： []{}[]{}[]{}[]{}()g M x C x K x M x t I ++=- (4.17) 其中，[]M －质量矩阵；[]C －阻尼矩阵；[]K －刚度矩阵；{}I －单位对角阵；() g x t －地面运动加速度；{}x 、{}x 、{}x －结构楼层相对于地面的位移、速度和加速度反应。

基于性能最优的磁流变阻尼器励磁线圈缠绕方法研究

现代科学仪器 Modern Scientific Instruments 第6期2011年12月 N o.6 D e c. 201147 收稿日期：2011-08-19 基金资助：中国国家自然科学基金（61071198）；浙江省自然科学基金项目(Y1101283)作者简介：伍广彬（1985-），男，山东菏泽人，硕士，研究方向：机械设计与机电控制；冯志敏（1960-），男，浙江宁波人，教授，研究方向：船舶自动化与机电控制；张刚（1976-），男，四川遂宁人，高级工程师，研究方向：故障诊断与机电控制基于性能最优的磁流变阻尼器励磁线圈缠绕方法研究伍广彬　冯志敏　张刚（宁波大学海运学院浙江宁波 315211）摘　要　双线圈活塞式磁流变阻尼器是一种通过励磁线圈产生磁场，以控制输出阻尼力的器件，其励磁线圈的缠绕方法直接影响磁流变阻尼器磁场分布和动态响应时间。在磁流变阻尼器性能模型的研究基础上，以阻尼动力和动态性能为最优目标，分析了两励磁线圈多种缠绕方法对阻尼间隙的磁场分布和控制电路的响应时间的影响，综合考虑了外界控制电路的电流负担和电能损耗，获得了励磁线圈采用反向串联的最优缠绕方法。研究结果为磁流变阻尼器的结构设计和参数优化提供了参考依据。关键词　磁流变阻尼器；励磁线圈；缠绕方法；响应时间；阻尼力中图分类号　TH122 文献标识码：A Winded Method Study of Excitation Coils of Magnetorheological Damper Based on Optimal Performance Wu Guangbin, Feng Zhimin, Zhang Gang (The Faculty of Maritime, Ningbo University, Ningbo, 315211, China) Abstract Dual-coil piston Magnetorheological(MR) damper is a device which controls the output damping t hrough magnetic field produced by excitati o n coils. But winding method of excitation coils directly influences magnetic field distribution and response time of MR damper. Based on the study of performance models, this paper, aiming at optimizing the damping and dynamic performance, analyzes the magnetic ? eld distribution of damping clearances and response time of control circuit affected by multiple winded methods of dual excitation coils. And taking the electrical load and power loss of external control circuit, we can learn that the subtractive series of dual excitation coils is the best method. This study provides a reference for structural design and parametric optimization of MR damper. Key words Magnetorheological damper; Excitation coils; Winded method; Response time; Damping 磁流变阻尼器是一种性能优良的半主动控制装置，在结构振动控制和冲击隔离领域具有很大的应用价值。可调范围、可控阻尼力和响应时间是磁流变阻尼器的三个重要的性能参数[1]。为提高磁流变阻尼器的性能，各国学者从不同角度进行了研究。曹磊等[2]运用试验的方法研究了磁流变阻尼器的力学性能；冯志敏等[3]研究了磁流变液中磁性颗粒的沉淀现象对阻尼器动力性能的影响；兰文奎等[4]运用有限元法对磁流变阻尼器不同结构模型的磁场分布进行了分析；王宇飞[5]从磁路利用率和磁场分布方面对多阶段活塞式磁流变阻尼器电磁线圈进行了研究；Koo.等[6]对磁流变阻尼器的响应时间及其影响因素进行了研究分析，这些研究都取得了相应的理论与试验成果。对于双线圈活塞式磁流变阻尼器，励磁线圈的不同缠绕方法将直接影响磁流变阻尼器的性能。为增大磁流变阻尼器的可调系数和可控阻尼力，减小响应时间，提高控制器件的灵敏性，本文从阻尼间隙的磁场分布和控制电路的响应时间两个方面，对磁流变阻尼器励磁线圈的缠绕方法进行综合研究，获得了基于性能最优的线圈缠绕方法。 1　磁流变阻尼器性能模型可调系数、阻尼力和响应时间是影响磁流变阻尼器特性的重要参数，其相应的动力学模型如下。 1.1　动力学模型