磁流变弹性体及其在机械振动控制中的应用

摘要

磁流变材料(Magnetorheological materials)是一类具有磁流变效应的智能材料,在磁场的作用下,其流变特性可发生连续的、迅速的和可逆的变化。目前已出现的磁流变材料包括磁流变液、磁流变弹性体和磁流变泡沫等。磁流变弹性体(MagnetorheologicalElastomers)是磁流变液的固体模拟。在磁流变弹性体中载液被橡胶或凝胶所代替。使用磁流变固体材料的明显优点是颗粒不会随时间而沉降,也不需要将磁流变材料保持在工作位置的密封装置。因而引起了国内外学者和工业界的广泛兴趣,成为当前智能材料研究的一个重要分支。这种材料将在汽车、机械、建筑、医疗等领域得到广泛应用,被认为是将来最具前途的智能材料之一。 磁流变弹性体阻尼器是磁流变弹性体的一种主要应用装置,可用于控制振动系统的阻尼和刚度,是被动控制元件的理想替代装置。近年来,虽然对各种磁流变材料及磁流变阻尼器的研究逐渐增多,但研究磁流变弹性体阻尼器用于旋转机械振动控制的文献还很少见。 本文的研究目的就是探讨磁流变弹性体阻尼器在旋转机械(特别是转子)振动控制方面的应用,为此全文将主要围绕磁流变弹性体、磁流变弹性体阻尼器和振动控制三个主题开展理论分析和实验研究工作。 本文的研究得到广东省自然科学基金项目(编号：04300692)和振动、冲击、噪声国家重点实验室开放基金(VSN-2005-04)资助项目的资助。这项研究工作在理论和实验上都取得了一些新结果,所获得的结论将对磁流变弹性体在旋转机械振动控制中的应用具有指导意义。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1磁流变效应和转子主动控制概念

1.2磁流变弹性体研究概况

1.3课题的来源、研究意义和目标

1.4本章小结

第二章磁流变弹性体及其应用概述

2.1磁流变液和磁流变弹性体

2.2磁流变弹性体性能表征及简化理论模型

2.3磁流变弹性体的制备

2.4磁流变弹性体的功能和应用

2.4.1磁流变弹性体的普通功能及应用

2.4.2磁流变弹性体在安全领域的应用

2.4.3磁流变弹性体材料应用的基本要求

2.5本章小结

第三章磁流变弹性体材料力学性能研究

3.1磁流变弹性体的制备和工作模式

3.1.1磁流变弹性体的制备

3.1.2磁流变弹性体的工作模式

3.2磁流变弹性体的剪切模量和弹性模量物理模型

3.2.1理论假设

3.2.2磁能密度

3.2.3剪切模量

3.2.4弹性模量——杨氏模量

3.3磁流变弹性体静态力学性能测试试验

3.3.1剪切模量测试试验

3.3.2弹性模量测试试验

3.4磁流变弹性体动态力学性能测试试验

3.4.1试验装置和试验过程

3.4.2传递函数的建立

3.4.3实验结果与分析

3.4.4试验结论

3.5本章小结

第四章剪切式磁流变弹性体阻尼器-转子系统振动特性与控制

4.1阻尼器的结构及实验装置

4.2转子系统的运动方程

4.2.1假设条件和位移坐标

4.2.2系统能量

4.2.3系统的广义力

4.2.4系统的运动方程

4.3剪切式磁流变弹性体阻尼器-转子系统的脉冲响应试验

4.3.1实验装置和方法

4.3.2实验结果和分析

4.4剪切式磁流变弹性体阻尼器用于转子系统振动控制试验

4.4.1实验装置和方法

4.4.2实验结果和分析

4.4.3试验结论

4.5本章小结

第五章挤压式磁流变弹性体阻尼器-转子系统振动特性与控制

5.1阻尼器的结构及实验装置

5.2挤压式弹性体阻尼器用于转子系统的振动控制试验结果与分析

5.2.1转速稳态、电流稳态时的实验

5.2.2转速瞬态、电流稳态时的实验

5.2.3转速稳态、电流瞬态时的实验

5.2.4转速瞬态、电流瞬态时的实验

5.2.5试验结论

5.3挤压式磁流变弹性体阻尼器的移频特性研究

5.3.1试验装置

5.3.2试验过程和结果

5.3.3试验结论

5.4本章小结

第六章转子系统半自动点控制单元的设计

6.1半自动点控制的概念

6.2单片机介绍

6.3转速测量

6.3.1数字转速测试方法

6.3.2转速测试算法

6.4半自动点控制单元的流程

6.5本章小结

全文总结

1.主要研究成果

2.未来工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致 谢