无源自适应磁流变阻尼器的设计与研究

摘要

磁流变阻尼器由于其自身具有的许多优良性能,成为了结构振动控制领域最具有发展前途的减振装置之一。本文针对国内外当前磁流变阻尼器需要线圈和外配电源而造成体积和重量大、结构复杂、对能源具有依赖性、断电时阻尼力不可调等问题,在磁流变阻尼器内部加入超磁致伸缩材料,设计制作了一种无源自适应磁流变阻尼器。这种阻尼器不需要线圈和外配电源,结构简单,利用磁致伸缩逆效应和磁流变效应把外部负载力的变化转变为磁流变液阻尼通道中磁场的变化,最终输出不同大小的阻尼力,具有负载自适应的特点。主要研究内容包括:
　　 (1)分析了目前国内外磁流变阻尼器的现状和存在的问题,结合国内外对超磁致伸缩材料的应用和研究情况,将磁流变液与超磁致伸缩材料结合在一起,提出了设计一种具有负载自适应功能的阻尼器的思路。
　　 (2)为了使无源自适应磁流变阻尼器具有负载自适应的功能,使用磁场有限元分析软件对磁路进行了设计和仿真,使其能起到控制磁流变液外加磁场大小的功能;结合目前普通磁流变阻尼器的结构和工作特点,根据设计的磁路结构,对无源自适应磁流变阻尼器进行结构设计。
　　 (3)基于Jiles-Atherton模型、磁机效应和磁路定律对磁致伸缩逆效应进行了建模和分析;对由永磁体、超磁致伸缩材料、软磁体、磁流变液等构成的磁路结构进行了建模和分析;为了验证所建模型的可行性,对建立的模型进行了试验研究。
　　 (4)为了得到无源自适应磁流变阻尼器的阻尼力计算模型,结合磁流变液的Bingham本构关系及其流动模型,对无源自适应磁流变阻尼器进行了建模。
　　 (5)使用液压式万能材料试验机对无源自适应磁流变阻尼器进行了静态加压试验,得到阻尼通道中的磁感应强度与超磁致伸缩材料所受应力的关系,同时验证磁致伸缩逆效应和磁路设计的正确性;使用MTS试验机对无源自适应磁流变阻尼器进行了动态测试,得到并研究无源自适应磁流变阻尼器的阻尼特性。