磁流变阻尼器的多目标优化设计与分析

磁流变阻尼器研究背景和国内外研究现状摘要：阻尼器在现今的社会工作、居民生活、航天航空、交通运输、机械制造等方面发挥了广泛的用处，其主要的功用是由阻尼而引发的减振效果。

在阻尼器中，最新的成果是磁流变阻尼器，这种阻尼器是一种新型的半主动控制设置，其最主要的运用在磁流变体的可逆流特性在强磁场下的快速装配。

本文阐述了磁流变阻尼器在国内外的研究背景和研究现状。

关键词：磁流变阻尼器；背景；研究现状1.研究背景磁流变阻尼器是一种可以用于观光车和汽车上的一种减震器。

其目前是国内外应用比较广泛的阻尼器之一，因为相对其余阻尼器而言，其具有结构非常简单、操作与控制及其方便、且具有无可比拟的响应速度等方面的优势受到生产厂商和工业领域的关注；尤其是在新型绿色能源与绿色工业背景下，磁流变阻尼器在功率消耗少、功率输出大、产污产废少等方面的优势，更是成为当前汽车行业、机械制造业以及传统的建筑行业的首选，得到了较快的发展。

磁流变阻尼器是一种现代化的由非传统减振材料（磁流变液等）制造的阻尼装置，其快速发展和应用使得其研究不断受到重视[1]。

磁流变液等新型材料的应用，对半主动控制领域的技术研发和应用起到了重要的作用。

磁流变液相比于其余材料，具有智能化的特点，在磁流变液中，主要的组成为微小的磁性颗粒，这些颗粒不具有导磁性、且分布规则。

通过在对磁性颗粒添加外加剂，能较好的保障磁流液的悬浮稳定性[2]。

在未加入磁场时，牛顿液体的特性是磁流变液的表现，其粘度与剪切率的乘积称为剪切应力；但在加入了磁场时，宾汉液体的特性却是磁流变液的表现，液体的粘滞力（粘度与剪切率的乘积称为粘滞力）与屈服应力两部分称为剪切应力，其中屈服应力由于磁场强度的上升而单调上升是流变特性的改变表现，但是液体的粘度保持不变。

当加入的磁场涉及到其中的一个临界值时，阻尼器的磁流变液运动的方向不发生紊乱和变化，但是当去掉所加入的磁场时，它会恢复到原来的状态。

传统减振器具有不可进行可控制的调节的缺点，其需要取决于弹簧的刚度和减振对象的相对速度是减振器的弹簧力与阻尼力[3]。

磁流变阻尼器简介磁流变阻尼器（Magneto-Rheological Damper，简称MR阻尼器）是一种利用电磁效应来调节阻尼力的装置。

它由磁流变液、激磁线圈、控制系统等组成。

MR阻尼器在汽车、建筑物、桥梁等工程领域中广泛应用，可以实现对结构物或装置的精确控制和调节。

原理MR阻尼器的工作原理基于磁流变液的特殊性质。

磁流变液是一种具有磁致变色性的特殊材料，在无磁场作用下呈流动性，而在磁场作用下则呈现出高阻尼特性。

利用这一特性，MR阻尼器可以通过控制磁场的强弱来调节阻尼力。

在MR阻尼器中，激磁线圈产生磁场，使得磁流变液发生磁致变色。

当有外力作用于结构物或装置时，磁流变液的微粒间会发生相互碰撞和摩擦，产生阻尼力，从而减缓结构物或装置的振动或运动。

通过调节激磁线圈的电流，可以控制磁场的强度，进而达到调节阻尼力的目的。

优势快速响应由于磁流变液具有快速响应的特性，MR阻尼器的响应速度非常快。

它可以在毫秒级别内调节阻尼力，以适应不同的振动频率和振幅变化。

调节范围广MR阻尼器的阻尼力可以进行广泛的调节，可以实现从低阻尼到高阻尼的连续变化。

这使得它在不同应用场景下都有良好的适应性。

精确控制通过电流的控制，可以精确地操控MR阻尼器的阻尼力。

这种精确控制性能使得MR阻尼器在需要精确控制和调节的场景中具有优势。

高可靠性MR阻尼器由于不使用机械可动部件，因此没有摩擦、磨损问题，具有较高的可靠性和耐久性。

同时，它的结构简单，易于维护。

应用领域汽车工业在汽车悬挂系统中，MR阻尼器可以调节车辆的悬挂刚度和减震效果，提升行驶的舒适性和稳定性。

它可以根据路况的变化来实时调节悬挂系统，提供更好的悬挂效果。

建筑工程在高层建筑或桥梁结构中，MR阻尼器可以减少结构物的振动幅度，提高结构的抗风、抗地震能力。

它可以根据外部风力或地震波的变化来调节阻尼力，实现对结构物的精确控制。

航空航天在航空航天领域，MR阻尼器可以用于飞机的减振系统，减少机身的振动，提高乘客的舒适感。

基于遗传算法的汽车磁流变减振器多目标优化郑玲;牛伯瑶;李以农;庞剑;李传兵;徐小敏;付江华【摘要】为满足汽车半主动悬架系统的功能需求,宜设计具有大阻尼力调节范围、低能耗、响应迅速的磁流变减振器.本文中分别以磁流变减振器线圈耗能功率和响应时间为目标函数,以输出阻尼力和磁流变减振器阻尼通道处磁感应强度为约束条件,建立了磁流变减振器多目标优化模型,采用带精英策略的非支配排序遗传算法,获得了磁流变减振器多目标优化的最优Pareto解集.结果表明:多目标优化不仅能满足阻尼力可调范围的工程需求,且线圈功率损耗大大减小,响应时间明显缩短,为汽车磁流变减振器的结构优化提供了有效方法..【期刊名称】《汽车工程》【年(卷),期】2016(038)007【总页数】7页(P871-877)【关键词】磁流变减振器;带精英策略的非支配排序遗传算法;多目标优化【作者】郑玲;牛伯瑶;李以农;庞剑;李传兵;徐小敏;付江华【作者单位】重庆大学汽车工程学院,机械传动国家重点实验室,重庆400044;汽车噪声振动和安全技术国家重点实验室,重庆401120;重庆大学汽车工程学院,机械传动国家重点实验室,重庆400044;重庆大学汽车工程学院,机械传动国家重点实验室,重庆400044;汽车噪声振动和安全技术国家重点实验室,重庆401120;长安汽车工程研究总院,重庆401120;汽车噪声振动和安全技术国家重点实验室,重庆401120;长安汽车工程研究总院,重庆401120;汽车噪声振动和安全技术国家重点实验室,重庆401120;长安汽车工程研究总院,重庆401120;汽车噪声振动和安全技术国家重点实验室,重庆401120;长安汽车工程研究总院,重庆401120【正文语种】中文磁流变液体作为一种典型智能材料，一直倍受关注并在诸多工程领域得以应用，例如建筑、汽车、船舶等，具体应用有汽车的减振器[1]、离合器[2]和制动器[3]，桥梁等建筑结构的阻尼器[4]，动力装置隔振器[5]和传感器[6]等。

某型汽车磁流变减振器的分析与设计的开题报告一、选题背景和意义磁流变技术是液压与电子技术的交叉应用，其具有结构简单、响应速度快、控制精度高等特点，因此在工业、军事和民用领域得到了广泛的应用。

汽车磁流变减振器是一种利用磁流变油的特性控制减振效果的装置。

在汽车行驶过程中，路面震动会通过车轮传递到汽车车身，影响到车辆的操控性能和舒适性。

传统的汽车减振器是基于液压原理设计的，其具有稳定可靠的特点，但其减振效果不够理想，特别是在高速行驶时，难以有效地减少车身的震动。

而磁流变减振器则可以根据车速和路面情况实时调节减振阻尼，从而提高汽车行驶的舒适性和操控性能。

因此，对汽车磁流变减振器进行分析与设计具有重要的意义，可以探究磁流变技术在汽车领域中的应用，同时也可以提高汽车的行驶性能和舒适性。

二、研究内容和目标本研究的内容主要包括以下方面：1. 磁流变减振器的工作原理和特点的分析与研究。

2. 磁流变油的特性以及如何控制减振效果的研究。

3. 磁流变减振器的结构设计和数学模型的建立。

4. 基于数学模型的磁流变减振器参数优化设计和实验验证。

本研究的目标是：1. 深入了解磁流变减振器的工作原理和特点，掌握磁流变技术在汽车减振器中的应用。

2. 对磁流变油的特性进行研究，并提出一种有效控制减振效果的方法。

3. 建立磁流变减振器的结构设计和数学模型，为后续的参数优化设计提供基础。

4. 通过优化设计和实验验证，得出一种性能稳定、实用性强的磁流变减振器。

三、研究方法和步骤本研究将采用以下方法和步骤：1. 研究文献资料，深入了解磁流变技术以及磁流变减振器的工作原理和应用现状。

2. 分析磁流变油的特性，以及根据路面情况和车速等因素来控制减振效果的方法。

3. 建立磁流变减振器的结构设计和数学模型，并进行仿真分析，为后续的参数优化设计提供依据。

4. 基于数学模型的磁流变减振器参数优化设计，包括控制模型、减振模型等等。

5. 进行实验验证，得出一种性能稳定、实用性强的磁流变减振器。

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。

冲击载荷下磁流变阻尼器的设计与分析
韩晓明;李强;黄继;王慧
【期刊名称】《弹箭与制导学报》
【年(卷),期】2016(036)005
【摘要】自动武器的后坐阻力直接影响着武器的射击精度.为了改善武器反后坐装置的缓冲减振性能,通过分析自动武器的后坐运动,建立了冲击载荷下磁流变阻尼器的设计模型,确定了阻尼器的结构参数、控制策略,数值分析了在不同磁场强度、后坐速度下阻尼器的特性曲线,并在减振器示功试验台上进行了测试,试验数据表明,磁流变阻尼器具有很好的阻尼平台效应,可有效抑制冲击载荷的作用.研究结果对自动武器的后坐阻力控制提供了有价值的参考.
【总页数】4页(P142-144,154)
【作者】韩晓明;李强;黄继;王慧
【作者单位】中北大学机电工程学院,太原030051;中北大学机电工程学院,太原030051;中北大学机电工程学院,太原030051;中北大学机电工程学院,太原030051
【正文语种】中文
【中图分类】TJ303.4
【相关文献】
1.高冲击载荷下磁流变阻尼器的控制系统设计 [J], 谢鹏飞;李赵春;胡红生;朱超;王炅
2.冲击载荷下磁流变阻尼器控制系统仿真研究 [J], 张莉洁;王炅;钱林方
3.冲击载荷下磁流变阻尼器结构优化设计 [J], 张莉洁;王炅
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5.冲击载荷下磁流变阻尼器动态特性分析及模型参数辨识 [J], 张莉洁;王炅;钱林方因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

磁流变阻尼器的设计和磁路研究杨涛;赵杰;高永生;王胜新【摘要】Aiming for practical application in pathological tremor suppression of upper limbs, a compact rotary magnetorheological fluid damper was proposed. On the basis of its structure , the factors influencing the static and dynamic characteristics of the magnetic circuit and its design were studied analytically from electromagnetic perspectives; simulation and optimization based on finite element method were conducted computationally to verify the characteristics of the magnetic circuit and the design of the damper; the current vs. Output torque relation and the dynamic response were estimated. Finally, the design methodology of the magnetic circuit of magnetorheological fluid damper for compact size and light weight was proposed.%针对人体上肢病理性震颤抑震的具体应用,结合所设计的小型旋转式磁流变阻尼器的结构特点,运用电磁学理论对磁流变阻尼器的磁路进行了设计及静态和动态特性影响因素分析,利用有限元法对磁路性质和阻尼器结构进行了仿真分析与优化,对阻尼器的电流与输出阻尼力矩关系及动态响应等性能进行了预估.提出了以质量轻和体积小为设计目的的磁流变阻尼器的磁路设计方法.【期刊名称】《哈尔滨商业大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(028)005【总页数】6页(P559-564)【关键词】磁流变阻尼器;有限元法;静态和动态电磁场分析;病理性震颤【作者】杨涛;赵杰;高永生;王胜新【作者单位】哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室,哈尔滨150001;哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室,哈尔滨150001;哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室,哈尔滨150001;哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室,哈尔滨150001【正文语种】中文【中图分类】TH702磁流变阻尼器作为一种性能优良的半主动抑震器件，被广泛地应用于桥梁、汽车、触觉再现装置、自动化等场合的振动抑制[1－3].由于缺乏对人体病理性震颤有效的药物治疗方法，并且限于主动抑震装置在安全性和可靠性上存在的缺点，基于半主动抑震的磁流变阻尼器可以作为人体病理性震颤抑震的有效方法[4].磁流变阻尼器的输出阻尼力矩是靠磁流变液调节的.磁流变液作为一种智能材料，在外加磁场的作用下，表观黏度可快速连续变化，能在毫秒量级的时间内由自由流动的牛顿流体变为具有半固体甚至固体性质的宾汉体，并且这种变化是可逆的[5].磁场增强时剪切屈服应力极具增加，达到阻碍相对运动的目的.目前，已有的研究成果侧重于输出大阻尼力的直线式运动的大型磁流变阻尼器，而针对输出旋转式运动的小型磁流变阻尼器，尤其是以质量轻和体积小为设计目标的研究成果还比较少.后者在便携性及舒适性上更加适合于人体病理性震颤的抑震要求.针对上述问题，本文在已开发出的新型旋转式磁流变阻尼器的基础上，对以质量轻和体积小为设计优化目标的磁流变阻尼器的电磁设计方法进行了研究，从理论上和磁路有限元仿真分析上对阻尼器进行了设计分析、优化和性能预估.对面向小型轻质的磁流变阻尼器的设计关键点进行了探讨.1 磁流变阻尼器的设计1.1 结构设计磁流变阻尼器的结构合理与否直接影响其性能的优劣，结合人体上肢病理性震颤的特点，所设计的阻尼器要具有质量轻和体积小的特点，同时结构形式以扁圆形为宜.设计方案如图1所示.图1 阻尼器1/4结构示意图设计的阻尼器由5部分组成:1)安装到人体抑震机器人上的定子;2)与内轴同轴转动的非对称结构的转子;3)转子外侧和轴部的磁流变液密封装置;4)处于定子和转子间隙内的磁流变液工作层;5)由定子内的空腔形成的电磁线圈安放空间.组成定子和转子的金属环分别由螺钉连接，转子由螺钉固定于旋转轴，深沟球轴承支撑轴和转子的转动.定子和电磁线圈固定于外壁的一侧，同时处于非对称结构的转子的内部，在不增加径向尺寸的条件下，最大限度地增大了定子和转子间隙内的磁流变液工作区的半径.由于阻尼器输出的阻尼力矩正比于该半径的平方，因此该设计在小体积的条件下提高了输出阻尼力矩值.定子和转子均由若干由硬铝合金和电磁纯铁加工成的金属环装配而成，由于铝合金材料的磁导率接近真空的磁导率，起到了减小漏磁的作用并且形成了曲折的磁路，使磁通量最大限度地通过电磁纯铁磁路并且按照预定的方向通过磁流变液工作层，提高了体积的利用率.1.2 阻尼力矩预估根据以往的研究成果，可采用参数化的Bingham模型描述磁流变液的本构关系[6].其中:τ是总剪切应力，τB是磁流变液的动态剪切屈服应力，由外加磁场决定，μ是磁流变液的黏度系数，˙γ是剪切应变率，u是转子的转速.y是磁流变液间隙的大小.由于人体病理性震颤的频率相对较低，因此磁流变液黏度改变引起的力矩增加可以忽略;同时在初始设计时为简便起见可忽略由于密封等原因造成的摩擦力矩，这样得到该结构的阻尼器的计算模型.其中:h是磁流变液工作区有效长度，r是工作区半径.根据初始设定的最大输出阻尼力矩值、使用要求以及从磁流变液的材料手册得到的屈服力矩关系曲线，可确定工作区的h和r，为磁路分析奠定基础.2 磁路理论分析磁路设计是阻尼器设计最关键部分，由电磁场理论对磁路进行理论分析和计算，可以得到阻尼器的电气和结构参数初始值，为仿真优化以及响应特性预估提供参考.阻尼器磁路的结构如图2所示.图2 阻尼器磁路参数2.1 设计参数确定磁路分析的首要目的是提高阻尼器的静态性能，最大限度的提高垂直作用于磁流变液层的磁感强度.根据磁流变液的材料手册，磁感强度在大约0.75 T之后表现出明显的非线性磁化特性，因此选用0.75 T作为理论的最高工作点，此时的磁流变液工作层的磁场强度约为110 kA/m.由于电磁纯铁的磁导率远大于磁流变液的磁导率，因此电磁纯铁中的磁场强度远小于磁流变液中的磁场强度，根据磁路安培定律可知:其中:Em是磁动势，N是电磁线圈的匝数，I是驱动电流值，r4－r是磁流变液间隙大小.由磁流变液工作层的磁场强度值H液即可获得磁动势NI的值并可以确定线圈空间的尺寸.为了提高静态响应性能，应尽可能的减小磁流变液间隙的大小即磁流变液磁路的长度，同时缩小电磁纯铁中磁路的长度对于减小磁动势也具有一定的作用.接下来，根据磁路中磁通的平衡方程求解磁路的其他设计参数.由于电磁纯铁的磁感强度B铁在磁场强度H铁很小的情况下就会饱和，因此电磁纯铁中的磁感强度可认为在1.8 T左右保持不变.当磁流变液工作层的磁感强度B 液达到最高线性工作点时，可根据式(4)计算出磁路中每一处的横截面积.其他设计参数(见图2)均可由磁路横截面积值和初始设计参数r和h确定.2.2 动态特性分析磁路设计的第二个目标是提高磁流变阻尼器对电流的动态响应特性.根据以往的实验分析，磁流变阻尼器表现出明显的一阶系统的响应特性[7].虽然磁流变阻尼器的动态响应由机械和电磁等众多因素影响[8]，但是磁路的特性是其中最重要的因素.借鉴一阶RL电路暂态响应的分析方法，提出了一阶磁路的分析方法.把磁路等价为一个感性元件，经过理论计算可得出磁路的时间常数具有类似于一阶电路的表达形式，如式(5).其中:Rm是磁路的磁阻，包括磁流变液工作层和电磁纯铁的磁阻，S是磁路的横截面积，l是磁路的长度.由于电磁纯铁的磁导率远大于磁流变液的磁导率，在两种材料各自形成的磁路形状大小相差不大的条件下，磁路的时间常数主要由电磁纯铁的磁阻决定.基于以上的分析，我们可以得出以下的结论:尽可能的增加电磁纯铁磁路的磁阻可以有效地改善阻尼器的动态响应特性.在最大磁动势的限制下，可通过适当增加电磁纯铁磁路的长度，最大限度减小电磁纯铁磁路的横截面积的办法达到上述目的.曲折回路可以尽可能的增加电磁纯铁磁路的长度从而改善动态响应特性.但是缩小电磁纯铁磁路的长度对于减小磁动势有一定的作用，因此设计时要综合考虑静态和动态特性的平衡.3 仿真与优化在理论计算得到的磁路初始结构参数的基础上，进行基于有限元分析的磁路静态和动态仿真，获得阻尼器的输入输出特性曲线并验证理论计算的正确性，在此基础上，进行结构优化获得最终的磁路设计结果.3.1 磁路的有限元仿真在建立了阻尼器的有限元模型、对边界条件进行了设置、对网格进行了划分后，运用数值方法获得磁流变液和电磁纯铁材料的磁化特性关系的数据(如图3所示)，作为有限元分析软件的输入对材料的电磁和其他机械特性参数进行初始化设置.图3 磁流变液磁化曲线(A)和电磁纯铁磁化曲线(B)首先进行电流激励下磁场的静态分析.磁路仿真的目标在于:1)在有限的轴向空间内提高磁流变液的利用率.2)在最大驱动电流的作用下保证工作区的磁流变液能同时达到理想的屈服剪切强度，表现出最大的阻尼效果.3)尽可能的减少电磁纯铁的使用.这是因为电磁纯铁的密度约为铝合金的3倍，会加大阻尼器的质量.除了最必要的磁路中不得不使用导磁材料外，在最大程度上使用铝质材料组成隔磁部分.基于以上考虑，设计出的曲折磁路的仿真模型如图4所示.磁感线沿着箭头的方向首先从定子的内侧开始沿着径向穿过磁流变液层到达转子的第1个铁环，然后磁感线被放置于转子中部的铝环改变方向，折回通过磁流变液层到达位于定子外侧中间部位的铁环.磁感线再次被放置于定子内的铝环改变方向通过磁流变液层到达转子第2个铁环.此过程进行下去直至磁感线形成闭合的回路.磁感线依次通过各个铁环，铝环不仅起到了防止磁场泄漏的作用，而且还强制改变了磁感线的方向，使得磁感线尽可能的垂直作用于处于定子与转子相对的表面之间的磁流变液层.图4 磁路磁感强度分布(A)和磁流变液层磁感强度方向(B)在验证了基于电磁理论设计的结构合理性的基础上，对阻尼器的性能指标进行预估.阻尼器输入电流与输出阻尼力矩关系的计算模型可由仿真软件后处理加数值计算的方法获得，其形式如式(6)所示.屈服力矩特性曲线如图5所示.图5 阻尼器电流－屈服力矩特性曲线由特性曲线可知，磁流变阻尼器零场时的屈服力矩值很小，随着励磁电流强度的增加，阻尼器屈服力矩值逐渐增大，且增长的幅度逐渐减小，呈非线性关系.3.2 磁路的优化设计在对阻尼器进行仿真和有限元分析的过程中，发现依据电磁理论和磁流变液性质设计的阻尼器磁路不能很好地满足使用要求，如图6(A)所示.主要体现在:1)在加载最大电流时，阻尼器磁路中某些电磁纯铁部分(尤其是阻尼器内层部分)过早地饱和，整个磁路的总磁通不能继续随着电流的增加而增加，致使磁流变液工作层达不到预定的0.75 T左右的磁感强度.2)在设计的磁路中，漏磁现象是另一个导致磁流变液不能达到理想工作状态的原因.为了解决上述问题，对初步设计的磁路进行了优化.选择了对磁路性质影响最大的几个主要参数进行离散化的优化分析，参数如表1所示.优化目的在于在不增加不必要的体积和质量的前提下提高输出的阻尼力矩，优化结果如图6(B)所示.主要措施:1)在必要的位置加装铝合金材料的隔磁套，防止磁场的漏磁发生.2)增大过早磁饱和部位的磁路横截面积，这样增加了这些部分的容磁能力.3)改变部分磁路的尺寸参数，尤其是定子和转子中铝合金环的轴向相对位置，使磁感强度更加均匀的分布于磁流变液工作层的磁路中.图6 磁路饱和现象(A)和优化的磁路结构(B)表1 优化参数表漆包线/mm(r4－r)/mm r1/mm r2/mm r5/mm 11.5 18.0 35.5 0.59 0.60 0.62 0.65 0.50 0.75 1.00 12.0 18.5 36.0 12.5 19.0 36.5 13.0 19.5 37.0 13.5 20.0 37.5确定了最终的设计方案后，在后处理中得到静态加载下磁流变液磁路性质仿真曲线如图7所示.图7 静态电流下磁流变液工作层磁感强度响应曲线以上是基于静态电磁场有限元分析的结果，为了评价磁路对低频的输入电流信号的动态响应特性，需要对磁路进行动态加载下的有限元分析.阻尼器的动态性能包括在不同的输入电流的作用下(如阶跃电流，正弦电流等)，阻尼器磁路的磁场强度(或者磁感强度)以及阻尼器的输出阻尼力矩的变化情况.利用ANSOFT电路设计模块对磁路的有限元模型进行动态激励加载，得出了动态电流与磁流变液工作层磁感强度变化关系如图8所示.由仿真结果可知，磁路能在较短的时间内对低频的输入信号建立起磁场响应，具有较好的跟随能力.4 结语本文提出了一种以质量轻和体积小为优化设计目的的旋转式磁流变阻尼器的设计和磁路分析方法.利用导磁率低的材料可以减少漏磁，更重要的是引导改变磁感线的方向.曲折回路的设计可以有效地压缩阻尼器的体积，同时使磁感线垂直均匀通过磁流变液工作层，提高输出阻尼力矩值.并且磁导率低的材料如铝合金，可以显著减轻质量，对于以质量轻为设计目的的阻尼器研究具有重要价值.图8 阶跃电流(A)下磁流变液工作层磁感强度响应曲线(B)正弦电流(C)下磁流变液工作层磁感强度响应曲线(D)基于电磁理论对磁路进行分析，得到了磁路响应特性的影响因素.减小磁流变液磁路的长度对于改善静态性能具有重要作用，同时缩小电磁纯铁中磁路的长度对于减小磁动势也具有一定的作用.另一方面，增加电磁纯铁磁路的长度，减小电磁纯铁磁路的横截面积可以改善阻尼器的动态性能.因此设计时要综合考虑性能要求确定不同材料磁路的长度.运用有限元分析软件对磁路进行了静态和动态响应分析，动态分析对于阻尼器的控制策略研究和实际应用具有重要指导意义.参考文献:[1]JINUNG A，DONG S K.Five－bar linkage haptic device with DCmotors and MR brakes[J].Journal of Intelligent Material Systems and Structures，2009，20(1):97－107.[2]KAVLICOGLU B，GORDANINEJAD F，EVRENSEL C，et al.A high－torque magneto－rheological fluid clutch[J].Smart Structures and Materials 2002:Damping and Isolation，Proceedings of SPIE.2002(4697):393－400. [3]NAM Y J，PARK M K.Electro－magnetic Design of a Magneto－rheological Damper[J].Journal of Intelligent Material Systems and Structures，2009，20(2):181－191.[4]李军强.面向病理性震颤的抑震机器人关键技术研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学，2010.[5]VIJAY K S，HARISH H.A Comparative Study of Magnetorheological Fluid Brake and Magnetorheological Grease Brake[J].Tribology Online，2008，3(1):31－35.[6]邓志党，高峰，刘献栋，等.磁流变阻尼器力学模型的研究现状[J].振动与冲击，2006，25(3):121－126.[7]郭鹏飞，关新春，欧进萍.磁流变液阻尼器响应时间的试验研究及其动态磁场有限元分析[J].冲击与振动，2009，28(6):1－5.[8]张福江，李丽娜.磁流变减振系统的双谱分析研究[J].哈尔滨商业大学学报:自然科学版，2012，28(3):337－340，356.。

磁流变阻尼器力学模型及其参数识别发展现状摘要：磁流变阻尼器是目前结构振动控制中最具有发展潜力的半主动控制装置之一，这种耗能低、响应快的设备由于其优越的性能立刻在土木工程振动控制领域中引起了巨大的浪潮。

但是这种装置在应用的过程中由于自身的磁流变效应，而具有高度非线性的特点，这也使得其在半主动控制中的应用极为困难。

因此建立一种简单、有效的磁流变阻尼器力学模型是使其在控制过程中保持稳定性和有效性的重要条件。

关键词：磁流变阻尼器；力学模型；参数建模；非参数建模一、磁流变减震技术的研究磁流变阻尼器作为半主动控制装置的典型代表，是利用磁流变液能够随磁场变化能够实现快速流-固逆变特性设计的一种减震装置。

磁流变液主要由硅油等载液和均匀分散其中的高磁导率、低剩磁的微小磁性颗粒所组成的悬浊液，通常还会包含多种外加剂以提高磁流变液的抗沉降性能。

1.1磁流变液原理磁流变液没有磁场作用时，可磁化分散粒子随机均勾分布在绝缘母液中，可以视为理想状态下流动状态良好的牛顿流体。

当通入外加磁场时，磁流变液中的微小磁性颗粒由于强交换耦合作用被磁化而行成链状结构，其方向与磁场中的磁力线重叠，链状状态的规则度取决于磁场大小，磁场越大，链状特性越明显，感流变液的剪切应力就越大。

1.2磁流变阻尼器的工作模式顾名思义，工作模式是指工作的一种外在条件和所处的状态。

按工作模式来分，磁流变阻尼器分为流动式、剪切式、挤压式三种基本模式。

1.3磁流变阻尼器的力学模型国内外专家已经提出了众多的磁流变阻尼器力学模型。

这些力学模型主要分成参数化模型以及非参数化模型这两类。

所谓参数化模型就是利用刚度和阻尼单元来模拟磁流变阻尼器的力学性能。

而非参数化模型就是通过智能控制理论等非参数化形式去形容阻尼器的力学特性。

1.3.1参数化模型（1）Bingham模型Bingham模型是磁流变阻尼器力学模型中研究最广的模型。

其最早是Phillips等人用来反映稳定剪切场下磁流变液的应力——应变关系的。

基于Matlab的磁流变阻尼器优化设计
易勇;陈杰平;乔印虎
【期刊名称】《机械工程师》
【年(卷),期】2008(000)009
【摘要】分析了影响磁流变阻尼器工作性能的主要因素,在此基础之上建立了磁流变阻尼器优化设计的多目标优化模型.借助Matlab优化工具箱对阻尼器的结构参数进行了优化,达到了预期的效果,为阻尼器的制作提供了参考依据.
【总页数】2页(P110-111)
【作者】易勇;陈杰平;乔印虎
【作者单位】安徽科技学院工学院,安徽,凤阳,233100;安徽科技学院工学院,安徽,凤阳,233100;安徽科技学院工学院,安徽,凤阳,233100
【正文语种】中文
【中图分类】TB381
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5.基于Matlab/Simulink的磁流变阻尼器力学模型的仿真分析 [J], 李琤;张钱斌因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。