磁流变弹性体阻尼器的设计及其磁路分析

磁流变MR阻尼器的磁路设计优化及仿真摘要：磁流变现象应用广泛，其中利用其原理制作而成的磁流变MR阻尼器是一种性能优良的半主动控制装置，其结构简单、响应快、动态范围大、耐久性好，具有很强的可靠性。

要使磁流变MR阻尼器的性能最佳，需要考虑诸多方面的因素，这其中阻尼器的磁路设计尤为关键。

1.MR阻尼器的磁路设计磁流变（MR）阻尼器种类多样，根据MRF在MR阻尼器内受力方式的不同，通常将MR阻尼器按结构型式划分为剪切式MR阻尼器、阀式MR阻尼器、剪切阀式MR阻尼器和挤压式MR阻尼器，剪切阀式综合了阀式和剪切式的双重特点，其综合性能好，易加工制造，且其磁路设计也比较简单。

鉴于此，在本次研究中，我们选用剪切阀式作为本文研究的微型MR阻尼器的结构型式，受力形式和活塞运动方式上，选择双出杆直动型。

当MR阻尼器的励磁线圈有电流通过时，产生的磁场会使缸筒内部的磁流变液状态瞬间发生改变，从而在活塞运动过程中产生阻尼力。

考虑到本次所设计的MR阻尼器尺寸很小，线圈内绕极其困难，不便操作。

因此本文研究的MR阻尼器采用线圈外绕的方法，现详细说明其磁路的设计。

首先绘出磁路计算简图如图1-1所示：图1-1线圈外绕磁路计算简图根据磁路欧姆定律可得：（1-1）式中，N是缠绕在缸筒表面的铜线匝数；I是通过前面铜线的电流；为整个回路的磁通；和h分别为MR阻尼器磁路的平均长度和阻尼间隙；和分别为磁芯和空气的磁导率。

MR阻尼器中心轴段部分的磁阻为：（1-2）侧翼磁阻为：（1-3）MR阻尼器间隙内的磁阻为：（1-4）MR阻尼器缸筒内的磁阻为：（1-5）在式（2-8）到（2-9）中，为磁流变液的相对磁导率，为缸筒材料（即铝合金）的相对磁导率，为活塞杆材料（即硅钢）的相对磁导率。

该阻尼器磁路的总磁阻可表示为：（1-6）根据磁路欧姆定律[3]，该MR阻尼器所需要的磁动势为：（1-7）上式中，为MR阻尼器的活塞与缸筒内部的磁感应强度，为该处磁通面积。

一种新型复合磁流变阻尼器的设计与磁路仿真分析于国军杜成斌孙立国(河海大学工程力学系，江苏南京 210098)摘要：针对土木工程的特点，从保证磁流变阻尼器的阻尼性能、节省控制系统的能耗和提高阻尼器的安全稳定性能，设计了一种具有比较好的被动和半主动控制功能的新型复合结构磁流变阻尼器。

针对其复合结构，建立了这种磁流变阻尼器的力学模型，根据电磁场理论，设计了同时采用永磁体与通电线圈共同作用下的磁流变阻尼器的磁路，并利用ANSYS软件对磁流变阻尼器磁路与结构参数进行仿真分析，证明了复合结构比传统结构具有更优越的可控性能，为这种复合磁流变阻尼器结构设计和性能分析提供了依据。

关键词：复合磁流变阻尼器永磁体磁路设计有限元分析The Design of A new-style Composite MR Damper and Magnetic AnalysisYU Guo-jun, DU Cheng-bin, Sun Li-guo(Department of Engineering Mechanics, Hohai University, Nanjing 210098, China) Abstract: A new-style composite MR damper for the semi-active control system of civil engineering is designed in the paper. The character of MR damper, the energy consumes of control system and the security & stability of the damper are considered in the research. The new-style of the damper has advantages of passive and semi-active control, and mechanical model is established for the new-style damper. Based on the theory of electromagnetism, MR damper’s magnetic circuit which is in the simultaneous function of permanent magnet and electrifying loop is adopted. The simulation analysis for the magnetic path and structural parameter of MR damper by the ANSYS is carried out. Results show that controllability of composite structure has more predominant than that of traditional structure, and provide the basis of the design of this composite MR damper structure.Keywords: composite MR damper; permanent magnet; magnetic design; FEM analysis1 前言磁流变流体（Magneto-rheological Fluids, MRF）作为智能材料的一种，具有强度高、粘度低、能量需求小、温度稳定性好等特点，在磁场作用下，能够在瞬间从牛顿流体变为剪切屈服应力较高的粘塑性体，且这种转变连续、可逆[1]。

磁流变材料阻尼器的结构设计与性能研究磁流变材料阻尼器是一种先进的阻尼器，在波浪荡漾、地震或机械振动等方面有广泛的应用。

它能够通过施加磁场来改变其内部阻尼阻力，以达到减振和减震的效果。

在本文中，我们将探讨磁流变材料阻尼器的设计和性能研究。

一、磁流变材料阻尼器的工作原理磁流变材料阻尼器的工作原理基于其材料本身的特性。

其外观类似于一个圆柱形的管子，内部则填充有磁流变材料。

当施加磁场时，磁流变材料会发生磁致变形，从而改变管子内部的液体位置和流动。

在运动过程中，液体会产生阻力，从而达到减震和减振的作用。

二、磁流变材料阻尼器的性能研究磁流变材料阻尼器的性能研究涉及到其结构设计和使用效果。

以下是该阻尼器的性能分析：1、阻尼器的结构设计阻尼器的结构设计对其性能具有重要影响。

通常，设计者会考虑以下主要因素：外部形状、内部填充材料和磁场生成器。

以外部形状为例，可以设计成不同形状，如梯形、V形或菱形。

这些形状对于磁流变材料的分布和内部阻尼效果具有明显的影响。

此外，内部填充材料的选择也至关重要，不同的材料具有不同的粘度和导电性能，因此对阻尼器的实际性能会产生重要的影响。

2、使用效果的测试除了设计结构以外，测试阻尼器的使用效果同样至关重要。

例如，可以通过实验来测量阻尼器在减震和减振方面的效果以及其对于振动频率和波形的响应。

此外，还可以对阻尼器的耐久性进行测试，以确保其能够在长时间内稳定工作。

三、磁流变材料阻尼器的应用磁流变材料阻尼器广泛应用于工业和车辆领域，如摩托车减震器、建筑物和桥梁结构减震器、汽车悬挂器等等。

在汽车领域，磁流变材料阻尼器已经被广泛应用于各大汽车制造商的高端品牌车型。

例如，美国福特公司的F-150皮卡车已经采用了该技术。

磁流变材料阻尼器可以大幅度提高车辆的行驶舒适性和安全性，从而更好地吸引消费者。

四、结论磁流变材料阻尼器是一项重要的技术，其在各大领域的应用也正在不断增加。

设计良好的阻尼器不仅可以提高机器和设备的性能，还可以减少因振动产生的损坏和磨损。

磁流变阻尼器是一种基于磁流变效应的智能阻尼器，广泛应用于结构振动控制和车辆悬挂系统中。

ANSYS作为一种强大的有限元分析软件，被广泛应用于磁流变阻尼器的设计和优化中。

基于ANSYS的磁路结构参数研究，可以有效地分析磁流变阻尼器的性能，并为其优化提供依据。

首先，磁路结构参数的研究应该从磁流变阻尼器的基本结构开始。

磁流变阻尼器由电磁线圈、磁芯和阻尼液组成。

其中，磁芯的结构和材料对阻尼器的性能有着至关重要的影响。

因此，在研究中需要对磁芯的结构和材料进行优化设计。

其次，通过ANSYS软件进行模拟分析，可以得到磁流变阻尼器在不同电流和频率下的阻尼特性曲线。

针对这些曲线，可以进一步分析阻尼器的动态响应和稳定性，并对其进行优化。

具体而言，可以通过调整电磁线圈的匝数、线径和电流大小等参数，以及优化磁芯的结构和材料，来改善阻尼器的性能。

最后，研究中还需要考虑磁流变阻尼器的温度效应。

由于磁流变阻尼器在工作过程中会产生热量，因此需要对其进行热分析，并研究温度对阻尼器性能的影响。

在ANSYS中，可以通过热-结构耦合分析来实现对阻尼器的热分析，从而为阻尼器的优化提供更加全面的依据。

综上所述，基于ANSYS的磁路结构参数研究可以有效地提高磁流变阻尼器的性能，并为其在各个领域的应用提供技术支持。

基于三维磁场有限元分析的磁流变阻尼器（MRD）磁路优化分析磁流变阻尼器（MRD）是一种利用磁场调节流体阻尼特性来实现振动控制的装置，广泛应用于航空、汽车及建筑等领域。

为了提高 MRD 的性能并减少能耗，设计优化的磁路结构是至关重要的。

本文基于三维磁场有限元分析，对 MRD 的磁路进行了优化分析。

首先，针对 MRD 的结构特点，建立了三维的有限元模型。

模型中包括了活塞、密封垫、工作油液及磁芯等部分，通过磁场有限元分析软件进行仿真计算，得到了 MRD 的磁场分布及流体阻尼特性等参数。

在此基础上，对 MRD 的磁路进行了优化设计。

其次，对 MRD 的磁路结构进行了调整。

通过增大磁芯直径及优化磁芯长度，增加磁芯内部的磁场强度，提高了 MRD 的磁力密度，从而提高了 MRD 在工作时的性能表现。

最后，对优化后的 MRD 进行了仿真测试。

结果表明，优化后的 MRD 在磁场强度及流体阻尼特性上均有了明显的提升，性能表现更加优越，并且在能耗上有所降低。

综合以上分析，本文基于三维磁场有限元分析对 MRD 的磁路进行了优化设计。

通过调整磁路结构，增加磁力密度和优化流体阻尼特性，提高了 MRD 的性能表现和节能效果，具有很高的实用价值和推广意义。

针对磁流变阻尼器（MRD）的磁路优化分析，涉及到多种参数数据的测量和计算。

以下是一些相关数据及其分析：1. 磁芯材料参数：磁导率、饱和磁感应强度、矫顽力等。

这些参数会直接影响磁芯的磁场强度和磁力密度。

2. 磁芯几何形状参数：磁芯直径、长度、截面面积、线圈匝数等。

磁芯的几何形状会直接影响磁场分布和磁力密度等参数。

3. 活塞和密封垫几何形状参数：活塞半径、密封垫长度、弹性模量等。

活塞和密封垫的参数会影响液体流动和磁场力的作用。

4. 工作油液参数：密度、粘度、润滑性等。

油液的参数会影响液体阻尼特性和流动性能等。

5. MRD的性能参数：阻尼系数、磁场强度、运动响应时间、耗能等指标。

这些参数反映了MRD的综合性能表现和节能效果等。