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磁流变液是近年来发展迅速的一种智能材料,在磁场作用下,可在毫秒级时间内从自由流动的液体转变为半同体,呈现可控的屈服强度,且这种变化是可逆的。磁流变阻尼器就是应用磁流变液的上述特性而制造的一种新型减振装置,具有阻尼力大、能耗低、控制精度高等优点,国内外越来越多的专家学者对其进行了研究,并已取得一些成果。但在开发高性能的磁流变液和磁流变阻尼器、磁流变阻尼器减震结构的半主动控制算法、结构分析和设计方法等方面存在许多问题,有待进一步解决完善。
本文对磁流变液的成分和制备方法进行了理论和试验研究。研制了一种高性能的磁流变液提高了磁流变液的稳定性和抗沉淀性,并提出了所研制磁流变液的剪切屈服应力的力学模型。本文涉及到铁磁学、非牛顿流体力学、电磁学、数学建模、控制理论、数值计算等学科领域,并通过试验和大量分析计算,取得了一定的可供应用参考的结论,本文的研究工作主要体现在以下几个方面:
1.本文提出了磁流变液制备方法的步骤:悬浮相粒子表面净化和活化处理、纳米铁粉的加入、矿物油基液的配制和磁流变液的最后合成。对试验的主要影响因子进行正交分析,确定了磁流变液性能测试的样品的个数和成分。
2.本文基于流动原理的毛细管法设计了一种磁流变液剪切屈服应力测试装置,该装置能够较方便的测出磁流变液的剪切屈服应力。
3.本文对所研制的磁流变液进行了性能测试,分别在未加磁场下和有磁场下进行了静置时沉淀性观察、零场粘度、剪切屈服应力的测试,最终找到各项性能指标均较好的试验样品。同时也验证了纳米级碳基铁粉的加入能够显著提高磁流变液的剪切屈服应力。
4.本文提出了加入纳米级羰基铁粉的磁流变液剪切屈服应力的力学模型。并利用该力学模型计算了四种样品的剪切屈服应力值,并绘制了四种样品的剪切屈服应力随磁场强度而变化的曲线,与试验数据相比较,验证了力学模型的正确性,同时分析了模型与试验数据的产生误差的原因。
5.提出了基于线性二次型(LQR)离散半主动控制算法,该离散控制算法能够有效的弥补LQR算法中全状态反馈测量困难等问题,取得接近与LQR算法的控制效果。同时能够以此为基础进一步解决磁流变阻尼器智能一体化工作等问题。
6.本文采用基于线性二次型(LQR)离散半主动控制算法,运用白编Matlab程序,对设置磁流变阻尼器的框架结构进行了半主动控制的数值模拟。比较了被动与半主动控制的结构响应,半主动控制算法控制的结构响应的效果明显优于被动状态下的控制,说明采用磁流变阻尼器进行半主动控制的必要性。
1.制备了高性能的磁流变液,并对其进行了性能测试,所研制的磁流变液具有较好的抗沉淀性、稳定性,同时提高了磁流变液的剪切屈服应力。
2.研制了,一种测试磁流变液的剪切屈服应力的装置。