磁流变弹性体调谐动力吸振器的优化设计

摘要

振动是生产和生活中常见的现象。振动控制包括被动和主动振动控制，主要用于减少有害振动。近年来，振动主动控制在航空航天、船舶、汽车等工业领域已经得到了广泛的应用，振动及振动主动控制的理论也已经基本成熟。磁流变弹性体是电磁流变材料中重要分支，其典型特征是剪切模量可控，且响应快，可逆性好，可控能力强，不沉降、稳定性高。基于磁流变弹性体的磁流变效应，利用磁流变弹性体作为变刚度元件设计的半主动动力吸振器可以减小主系统的振动，具有广阔的工程应用前景。 本文首先介绍了吸振器的发展历史，研究现状和基于磁流变弹性体的调谐动力吸振技术的研究现状。随后分别从时域、频域和能量的角度分析了吸振器的工作原理及吸振器阻尼，动质量和主系统阻尼影响吸振器减振效果的机制。根据磁流变弹性体动态力学性能的特点，设计了摆式磁流变弹性体调谐动力吸振器和磁流变弹性体动态调刚度动力吸振器。摆式磁流变弹性体调谐动力吸振器由对称的绕同一摆轴摆动的摆臂组成，其基于磁流变弹性体动态力学性能随应变量变化而变化的特点，通过减小相同动质量质心振幅下磁流变弹性体的剪切变形量，进而保证足够的相对磁流变效应和较小的损耗因子。磁流变弹性体动态调刚度动力吸振器基于磁流变效应和挤压增强效应，通过准静态励磁电流和导磁回路提供的励磁磁场控制磁流变弹性体的剪切模量，进而控制吸振器的准静态刚度，实现吸振器固有频率跟踪激励频率；通过压电驱动器动态调节磁流变弹性体的压缩量，进而动态调节磁流变弹性体的刚度。这种吸振器采用混合控制论动态刚度部分按开关控制律变化，由调谐控制率控制由磁场控制的准静态刚度；由开关控制率控制由压电陶瓷驱动的基于挤压增强作用的动态刚度部分。仿真结果表明，和普通调谐动力吸振器相比，磁流变弹性体动态调刚度动力吸振器能更有效地减小主系统的振动；磁流变弹性体挤压增强作用越大，减振效果越好。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1 振动控制

1.2 动力吸振技术研究进展

1.2.1 动力吸振技术的分类

1.2.2 动力吸振技术的研究进展

1.3 磁流变弹性体在动力吸振技术中的应用

1.3.1 磁流变弹性体简介

1.3.2 磁流变弹性体调谐动力吸振器

1.4 本文的研究目的和内容

第2章 吸振技术理论分析

2.1 概述

2.2 时域分析

2.2.1 计算模型

2.2.2 吸振器工作原理时域分析

2.2.3 系统参数对吸振器减振效果影响的时域分析

2.2.4 结论

2.3 频域分析

2.3.1 吸振器工作原理频域分析

2.3.2 系统参数对吸振器减振效果影响的频域分析

2.3.3 结论

2.4 能量分析

2.4.1 吸振器工作原理能量分析

2.4.2 系统参数对吸振器减振效果影响的能量分析

2.4.3 结论

2.5 本章小结

第3章 基于磁流变弹性体的吸振器

3.1 磁流变弹性体的动态力学特性

3.1.1 磁流变弹性体磁流变效应

3.1.2 动态力学性能和应变量的关系

3.1.3 挤压增强效应

3.2 摆式磁流变弹性体动力吸振器

3.2.1 设计目的

3.2.2 机械结构

3.2.3 理论模型

3.2.4 模拟计算结果

3.2.5 实验结果

3.2.6 本节小结

3.3 基于磁流变弹性体的刚度动态可调动力吸振器

3.3.1 设计目的

3.3.2 机械结构

3.3.3 理论计算

3.3.4 模拟结果

3.3.5 本节小结

3.4 本章小结

第4章 总结和展望

4.1 工作总结

4.2 展望

参考文献

攻读学位期间所发表的学术论文

致谢