基于磁流变效应的混合式隔振器性能研究

摘要

机械振动会使机械设备过早地产生疲劳破坏，无法正常工作甚至失效，所以需要采取相应的减振措施来减小有害的振动。在振动源和被隔振设备之间安装隔振器，可以有效的减小机械振动对设备的影响。磁流变材料是一种由微米级的磁性颗粒分散在高分子聚合物（油、橡胶）中，形成的复合材料。在磁场环境中，磁流变材料发生磁流变效应，其力学性能能够迅速、连续发生变化，而且具有可逆性。因此以磁流变弹性体（Magnetorheological Elastomer，MRE）和磁流变液（Magnetorheological Fluid，MRF）为隔振材料，设计一种基于磁流变效应的高性能混合式隔振器。通过改变电流来控制磁流变材料的力学性能，能够扩大隔振器的隔振范围，可以实现隔振器的实时控制。
　　通过分析磁流变材料对组成成分的性能要求，确立了MRE和MRF的制备工艺。以羰基铁粉和硅橡胶为主要组分制备MRE，以羰基铁粉和二甲基硅油为主要组分制备MRF，将MRF与MRE混合，制备一种刚度和阻尼变化范围大的混合式弹性体；使用显微镜观察磁流变材料的颗粒链柱结构。对MRE和MRF的力学性能进行测试和分析，得出MRF的剪切应力和表观粘度均随着外加电流的增加而增加；相同磁场环境下，MRE在压缩模式下的弹性模量增加量大于剪切模式下的增加量。
　　对混合式隔振器进行了整体方案分析，基于隔振器的隔振原理，从磁流变效应出发，结合磁流变材料力学性能的分析，确定了隔振器中混合式弹性体的受力状态。对励磁线圈的匝数进行了理论计算；采用仿真软件对隔振器内部的磁路进行模拟分析，得到了隔振器中磁力线的分布。以减少隔振器的漏磁为基础，对混合式隔振器的整体结构进行了设计和加工装配。
　　搭建隔振测试平台，采用两个相同的偏心电动机反相位安装，作为激振结构，产生垂直方向的激振力；以加速度传感器和采集卡为测试硬件实现数据的实时采集。通过调节不同的电流、不同的激振频率来测试隔振器的隔振性能。实验结果表明：MRE隔振器和混合式隔振器都具有良好的隔振效果，验证了在电流作用下，基于磁流变材料的隔振器刚度和阻尼会发生变化。激振频率在20~60Hz范围内时，混合式隔振器的振动衰减率为43％~50%。相比于MRE隔振器，混合式隔振器隔振范围更宽，具有更好的隔振效果。

目录

声明

1 绪 论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 磁流变材料的发展概况

1.3 磁流变材料和MRE隔振器的研究现状

1.4 MRE隔振器的主要问题

1.5 主要研究内容

2 磁流变材料的制备和性能分析

2.1 磁流变材料的制备工艺

2.2 磁流变材料的微观结构

2.3 磁流变材料的性能分析

2.4 本章小结

3 混合式隔振器的总体方案分析

3.1 混合式隔振器的理论分析

3.2 混合式隔振器的工作原理

3.3 隔振器磁路的仿真分析

3.4 混合式隔振器的整体结构

3.5 本章小结

4 隔振测试平台的搭建和数据处理

4.1 隔振测试平台的组成

4.2 突变载荷下混合式隔振器的响应测试

4.3 MRE隔振器的隔振测试

4.4 混合式隔振器的隔振测试

4.5 本章小结

5 结论与展望

5.1 主要结论

5.2 工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间主要成果

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