磁流变阻尼器的设计及其磁场有限元分析

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整体叶轮在加工过程中极易产生振动而影响其加工效率和质量,目前尚无有效手段对其振动进行抑制。而磁流变弹性体作为一种新型的智能材料,具有刚度可控,且性能稳定、响应速度快、可逆性好、无沉降以及无需考虑密封等特性,非常适用于作为阻尼器中的吸振元件来对振动进行控制。因此,基于磁流变弹性体设计一款刚度可控的磁流变阻尼器,利用半主动控制方式组成控制系统,采用恰当的控制策略对整体叶轮加工过程中产生的振动进行有效的控制,将是提高叶轮加工效率和质量的可行途径。由此可见,基于磁流变弹性体设计一款结构合理,性能满足要求的磁流变阻尼器是首要工作,是对整体叶轮加工过程中的振动实现有效控制的重要保障。  本文在分析现有磁流变减振装置及磁流变弹性体磁致效应的基础上,基于整体叶轮动态切削实验,针对整体叶轮加工所使用的HSM-600U数控五轴联动超高速加工中心的具体情况,运用Pro/e三维设计软件设计了一款新型挤压式磁流变阻尼器。  根据磁流变阻尼器的磁路和欧姆定律对磁流变阻尼器进行了磁路计算,得出了所设计的磁流变阻尼器中各部分的磁饱和顺序,并对结果进行了分析。结果表明,磁流变阻尼器的磁芯部分将最先达到饱和,其次是磁流变弹性体部分,因此有必要对磁流变阻尼器进行优化,以尽量使磁芯和磁流变弹性体同时达到磁饱和状态。从而为下一步对磁流变阻尼器的优化指明了方向。  运用ANSYS软件建立了所设计的磁流变阻尼器的有限元分析模型,依据电磁学的基本理论,对磁流变阻尼器进行磁场分析,得到了磁流变阻尼器的磁场分布、磁力线分布等情况。并研究了外加控制电流改变时,磁流变阻尼器中磁流变弹性体部分的磁场变化情况,验证了所设计的磁流变阻尼器结构的合理性。结果表明,当控制电流在额定电流(Imax=2A)范围内变化时,磁流变阻尼器中磁流变弹性体部分均能产生稳定有效的磁场,且磁场的强度随控制电流的不同而不同。因此,所设计的磁流变阻尼器能够充分利用磁流变弹性体的流变特性,达到刚度可控的目的,为下一步通过实验验证其抑振效果奠定了基础。
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