多孔泡沫金属磁流变液阻尼器的参数化建模及实验研究

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在实际工程中,机械振动无处不在,如何减小机械振动的影响是非常重要的研究课题。磁流变液阻尼器由于具有阻尼力可调、响应时间快及能耗低等优点,被广泛应用于各个领域。但随着科学技术的不断发展,越来越多的仪器设备趋向于精密化、集成化,对于隔振性能的要求也越来越高,传统的磁流变液阻尼器已无法满足精密仪器隔振的需求。而基于多孔材料的磁流变液阻尼器无需复杂动密封、成本低、使用寿命长,在精密仪器隔振领域相比于传统磁流变液阻尼器具有极大优势。针对该类阻尼器目前所存在的问题,本文提出了一种基于四极磁芯的新型多孔泡沫金属磁流变液阻尼器。本文主要进行了以下几个方面的工作:首先,针对传统多孔泡沫金属磁流变液阻尼器磁芯有效作用面积占比低、磁场损耗严重等问题,提出了一种新型阻尼器结构,并利用JMAG-Designer电磁有限元分析软件对该阻尼器进行了磁路磁场仿真。仿真结果表明该阻尼器剪切间隙的磁感应强度最大可达0.52T,阻尼器的结构与磁路设计合理。其次,基于磁流变液的Bingham本构模型,建立了多孔泡沫金属磁流变液阻尼器的伪静力模型,对阻尼器的出力进行数值模拟,并为性能测试提供了参考依据。搭建了阻尼器动力性能测试系统,测试结果表明该阻尼器的出力可随电流的增大而增大,具有优良的半主动性能,阻尼力可调倍数为29,阻尼力峰值及可调倍数均大于使用传统磁芯的多孔泡沫金属磁流变液阻尼器。然后,在Simulink环境中搭建了经典的Bouc-Wen模型,利用测试数据与NLLS-TRA算法识别模型参数。将参数值回代得到了多孔泡沫金属磁流变液阻尼器的参数化动力模型,并对其进行了拟合结果验证与预测结果验证,两种情况下的模型仿真结果与实验数据均吻合良好,说明该模型能较好地模拟多孔泡沫金属磁流变液阻尼器的动力性能。最后,搭建了阻尼器与压缩弹簧并联的隔振平台,并利用隔振性能测试系统对其进行测试,得到了不同频率下加速度传递率随电流变化趋势。当频率比大于2时,隔振性能良好,且加速度传递率随电流的增大而增大;当频率比小于2时,虽不能起到隔振作用,但隔振平台的加速度传递率随电流的增大而减小,可有效降低振动对仪器设备的影响。实验结果表明由本文所设计阻尼器构成的隔振装置具有优良的隔振性能。
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