均匀和非均匀磁场作用下磁流变液夹层梁振动特性研究

摘要

新型智能材料磁流变液（MRF）具有在磁场作用下瞬间改变刚度、阻尼等的特性，且变化过程具有可逆、可控的优点，在结构振动半主动控制领域获得了广泛的关注。将磁流变液材料植入到弹性材料中，形成复合结构，利用外加场强来改变磁流变液的力学性能，进而可以达到控制夹层结构的动力学特性的目的。当前，许多科研人员已对磁流变液在离合器、阻尼器、精密加工仪等装置中的应用展开了研究，但将其应用到夹层板、夹层梁等结构的振动控制的研究还比较少。因此，本文将对MRF夹层梁在受到不同磁场时的动力学特性展开相关理论和实验研究。
　　本文的主要研究内容包括：
　　1、采用数值分析的方法对MRF夹层梁的振动特性进行了研究。首先，将磁流变液等效为粘弹性材料，根据夹层梁的变形关系，建立了磁流变液夹层梁的有限元模型。根据结构模态分析理论，计算了每层的刚度矩阵、质量矩阵，然后得到了夹层梁总的刚度矩阵、质量矩阵，推导了夹层梁的振动微分方程。分析了悬臂状态下磁流变液夹层梁在不同大小的均匀磁场下的振动频率及其变化规律，以及磁流变液夹层梁在非均匀磁场下的振动频率及其变化规律。
　　2、采用LabVIEW软件设计了实验数据采集、分析处理系统，搭建了MRF夹层梁振动测试台。然后设计和制备了不同尺寸的MRF夹层梁，对MRF夹层梁在受到均匀磁场、非均匀磁场时的动力学响应进行了实验测试。实验分析了不同磁场和磁流变液层厚度对MRF夹层梁振动频率的影响。
　　数值分析和实验测试均表明，MRF夹层梁的振动频率具有可控性。在均匀磁场作用下，当场强增加时，MRF夹层悬臂梁的振动频率有增大的趋势；在非均匀磁场即局部磁场下，当磁场作用区域由固定端移向自由端时，MRF夹层悬臂梁的振动频率有减小的趋势。理论分析和实验测试的结果趋势相同，但数值存在一定的差异。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 课题研究目的和意义

1.2 磁流变液的组成及应用

1.3 磁流变液夹层结构国内外研究现状及发展趋势

1.4 课题主要研究内容和研究技术路线

第二章 均匀磁场作用下磁流变液夹层梁振动特性分析

2.1 引言

2.2 磁流变液分析模型

2.3 磁流变液夹层悬臂梁运动变形关系

2.4 磁流变液夹层悬臂梁动力学关系

2.5 两节点梁单元模型

2.6 单元运动方程

2.7 均匀磁场作用下磁流变液夹层梁固有频率分析

2.8 均匀磁场下磁流变液夹层梁动力响应分析

2.9 本章小结

第三章 非均匀磁场作用下磁流变液夹层梁振动特性分析

3.1 引言

3.2 磁流变液夹层悬臂梁动力学关系

3.3 单元运动方程

3.4 非均匀磁场作用下磁流变液夹层梁振动频率分析

3.5 本章小结

第四章 均匀和非均匀磁场作用下MRF夹层悬臂梁模态实验研究

4.1 引言

4.2 磁流变液夹层梁的制备

4.3 实验测试系统的搭建

4.4 MRF夹层梁振动响应模态实验研究

4.5 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文

致谢