混合式磁流变隔振装置的性能研究

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磁流变材料是一种由微米级的软磁性颗粒分散在基质中形成的复合材料。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,是目前材料和振动控制领域的研究热点。本文提出了一种新型混合叠层式磁流变材料,即将磁流变液(Magnetorheological Fluid,MRF)封装到磁流变弹性体(Magnetorheological Elastomer,MRE)内部,设计一种基于磁流变效应的高性能隔振器。通过改变电流来实时调节磁流变材料的刚度和阻尼,能够扩大隔振器的隔振范围,实现更好的隔振效果。针对磁流变材料性能的各项影响因素,如磁性颗粒的含量、基体材料的选择等,并结合本实验室的实验条件,提出了以羰基铁粉、硅橡胶、硅油为主要材料制备MRF、常规MRE及混合叠层式磁流变材料,其中以羰基铁粉和硅橡胶制备MRE,以羰基铁粉和二甲基硅油制备MRF,以MRE为包覆材料,内部封装MRF制成混合叠层式磁流变材料。采用超景深三维高速显微镜和电子显微镜观察磁流变材料的微观颗粒链柱结构的形成过程。通过ANSYS Workbench模块对流经磁流变材料内部的磁感线进行了仿真分析。设计加工测试装置,结合万能材料试验机等相关设备和测试方法对制备的各向异性和各向同性磁流变弹性体进行了动态压缩性能测试和最大承载力破坏测试,研究磁流变材料的多项力学特性,如压缩弹性模量、最大承载力等。根据磁路设计的相关原理,设计了磁流变材料基于压缩模式的隔振装置,对隔振装置进行了总体结构的设计,并完成加工装配。根据目标磁场强度,通过理论计算确定了励磁线圈的匝数。通过ANSYS APDL模块对所设计的隔振装置内部磁感应强度与磁感线分布进行了仿真分析,结果表明设计的隔振装置内部的磁感应强度达到780.85mT,满足磁饱和要求且磁感线分布比较合理。搭建隔振测试平台,采用电磁式垂直振动试验台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。在隔振装置中分别装入常规磁流变弹性体和混合叠层式磁流变材料,通过调节不同的电流、不同的激振频率来测试隔振装置的隔振性能并进行分析。实验结果表明:常规MRE隔振装置和混合叠层式磁流变材料隔振装置都具有良好的隔振效果,在通入励磁电流后混合叠层式磁流变材料隔振装置的振动衰减率明显大于常规MRE;在同一励磁电流下,激振频率越大,振动加速度也越大;通过控制励磁电流和激振频率都可以调节隔振装置的隔振效果,相比于MRE隔振装置,混合式磁流变隔振装置隔振范围更宽,具有更好的隔振效果。
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