变阻尼电磁阻尼器的结构设计计算及应用分析_徐传波

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Ａｂｓｒ ｃ ： Ｔｏ ｓｍｐ ｙａ ｄ ｒ ｌ ｂ ｙ ｉ ｒ ｖ ｈ ｔｂｉ ｔ ｆｒ ｔ ｒｂ ａ ｉ ｇ ｓ ｓｅ ａ ｄ ｅｉ ｎ ｔ ｈ ｉ ｗｈ ｐ ｏ ｉ ｅ，ｔ ｅ ｔａ ｔ ｉ ｌ ｎ ｅ ｉ ｌ ｍｐ ｏ ｅｔ ｅ ｓａ ｌ ｙ ｏ ｏｏ — ｅ ｒｎ ｙ ｔｍ ｎ ｌ ａ ｉ ｍｉ ａｅ ｔ ｅ ｏｌ ｉ ｎｌ ｎ ｈ
的 刚 度 减 小 ， 且 也 会 引 起 阻 力 距 和 阻尼 器 的 发 热 ， 了提 高 阻 尼 器 的 阻 尼 特 性 ， 要 解 决 刚 度 减 弱 问题 ， 不 改 变 电磁 并 为 又 在
阻尼器结构和静态 电流的基础之上 ， 出了增加额外 电路 以增加 阻尼 的新方 法 ， 提 并通 过计算选 择合适 的额外 电路 元器件 的参数 ， 改进后 的阻尼器阻尼效果 比原始 的明显增加 。把 改进式被动 阻尼器用 于转子 一轴承系统 的油膜振 荡在线消 除 ， 并 与原始阻尼器 的减振效果 比较 ， 实验证 明 ： 同样条件下 ， 改进式被动阻尼器增加外 阻尼在线 消除油膜振 荡故障和抑制振
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1 高性能电涡流阻尼器的结构
图 1 双涡流板阻尼器结构图
电涡流阻尼器中部。其功能是为金属板在其运动方 向上提供一个非均匀磁场。当输入轴带动上、下金 属板运动时，在金属板中产生抑制其运动的电涡流， 产生阻尼力，从而耗能减振。双涡流板阻尼器一些 几何尺寸及物理参数如表 1 所示。
表 1 电涡流阻尼器相关几何及物理参数
鉴于此，本文在 Sodano 电涡流阻尼器方案基础 上增加一块电涡流板，如图 1 所示。所用永磁体为 一立方体形永磁体，中间开有一圆柱形通孔，固定在
电涡流板弹性模量 上电涡流板与磁极距离 下电涡流板与磁极距离
屏蔽壳总长度
1.08×1011 Pa 3 mm 3 mm 69 mm
2 电涡流阻尼器有限元仿真分析
器放大后传输到电磁激振器对电涡流阻尼器进行激 振。通过测试计算机获得力与位移信号，对数据进 行处理可以得到所需的阻尼器性能参数。
实验过程中，采用正弦激励法，输入位移，对该 电涡流阻尼器施加 1 Hz～50 Hz 的正弦激励。幅值 分别为小位移 0.1 mm、大位移 1 mm 的正弦激励。 每次试验前检查阻尼器有无异常情况，进行多个循 环测试。限于篇幅，以下分别给出小位移 0.1 mm、 大位移 1 mm 正弦激励下的 10 Hz 的示功图，如图 4 所 示 。 各 频 率 下 示 功 图 饱 满 ，阻 尼 效 果 良 好 。
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噪声与振动控制
第 34 卷
流阻尼器在航天领域中的可行性。Ebrahimi [7]对比 分析了几种不同永磁体排列方式的电涡流阻尼器的 阻尼特性，并提出了一种新的电涡流吸振器结构，并 具有弹性缓冲能力。Zuo [8]针对土木工程领域的大 型结构减振问题设计了一种基于多极磁路的阵列电 涡流阻尼器，具有较好的阻尼输出效果。汪志昊[9]详 细阐述了电涡流调谐质量阻尼器（TMD）的研究现 状 ，基 于 电 磁 感 应 原 理 研 制 了 具 有 自 供 电 特 性 的 MR 阻尼器减振系统与采用电涡流作为阻尼元件的 新型 TMD 装置，并分别用于工程结构的振动控制。 邹向阳、朱坤 [10]开发了基于电涡流阻尼的直接耗能 减振装置。该阻尼器主要由装有强磁性材料的磁盒 与涡流板两大组件构成，当涡流板与磁盒之间存在 相对运动时，就会产生电磁阻尼力。楼梦麟 采用 [11] 外供电产生励磁磁场开发了电涡流 TMD，并开展了 振动台模型试验研究，证明了其良好的减震效果。 祝长生 [12]基于电涡流原理提出了一种新型的转子系 统径向电涡流阻尼器。

构关系可由方程式( 10) 进行描述。
= y ( H ) sng
du dr
=
0
(
du dr
+
y)
du dr
(>
y)
( 10)
式中: y
与磁场强度有关的屈服应力; 磁流变液的动力粘度。
在阻尼孔中, 磁流变液的流动分为 2 个不同的区域 , 如图 3
所示。且满足下列边界条件:
区域 1( 屈服流动: r 1 < r < r 0) :
由于磁流变液粘性阻尼作用, 根据 如图 2 所 示的活塞结 构
尺寸, 减振器的阻尼力的表达式为:
F = n dl
( 3)
式中: n d
阻尼孔的数量, 一般为 4 个; 阻尼孔的直径;
l 阻尼孔的长度。
根据汽车减振器的要求和设计原则, 减振器 的拉伸长度 一 般为 260~ 350 mm, 压缩 长度一 般为 180~ 220 mm, 缸 径不 大 于 40 mm, 最大阻尼力一般 约为 1 500 N 。文 中设计 的磁流 变 减振器结构如图 1 所示, 液压 缸内径 为 40 mm, 最大拉 伸长 度 为 320 mm, 最小压缩长度 为 220 mm。在没 有磁场 作用 下, 磁 流变液表现为牛顿流体, 其 剪应 力与剪 应变 成正比, 在 外加 磁 场作用下时, 磁流变液表现为 Bing ham 流变特性。
2r
2 0
( 9)
由式(9) 可知, 对于牛顿流体的减振器而言, 减振器的阻尼
力与阻尼孔的长度、粘度系数及活塞相 对缸体的 运动速度成 正
比, 减小阻尼孔的半径、减小活塞杆的半径均能增大阻尼力。
2. 2 Bing ham 流动模型

圆盘式磁流变液阻尼器的设计及磁路研究1崔治1,2，郑堤2，王龙山1，詹建明2，胡利永1,21)吉林大学机械科学与工程学院，长春（130025）2)宁波大学工学院，浙江宁波（315211）E-mail：cuizhi@摘要：磁流变液阻尼器是新型的智能化吸能装置，本文采用宾汉模型研究了盘式磁流变液阻尼器的力矩计算模型，并引入磁致力矩与粘性力矩比例。

对此类阻尼器的关键技术－－磁路设计进行分析，用ANSYS软件分析工作面的复合式磁场分布情况。

实验结果表明，复合式磁路设计工作稳定，阻尼力矩可调范围宽，可进一步推广到类似磁流变液器件的设计。

关键词：磁流变液，阻尼器，力矩，复合式磁路1．引言磁流变液（Magnetorheological Fluids）是近十年来迅速发展的一种智能材料，通常是一种将微米尺寸的可磁化颗粒分散于母液中构成的悬浮液。

无磁场时为牛顿流体，而在强磁场作用下悬浮颗粒因磁感应由磁中性变为强磁性,因此彼此之间相互作用,而在磁极之间形成“链”状的桥,进而转化成宏观的柱状结构,使其在瞬间由液体变为粘塑体,其流变性质发生急剧变化，表现出类似固体的力学性质。

磁流变液会发生剪切流动，主要工作在后屈服阶段,其关键参数为动态屈服应力，是外部磁场强度的函数。

其固—液转换在毫秒量级内完成，而且去除磁场后这种材料又迅速恢复其流动性[1]，与电流变液相比，磁流变液由于具有较高的屈服应力（～100kPa，美国Lord公司已生产出了屈服应力可达80kPa的磁流变液），而且所用的驱动电源为低压电流源，其温度稳定性和抗杂质污染能力均较强，因而其应用前景极为广泛。

2．磁流变液数学模型2.1 微观模型对于磁流变液的微观结构已经有学者进行了较深入分析[2]，同时可借鉴电流变液研究模型[3]，在这里我们假设在上下滑板间充满磁流变液，在外加磁场的作用下，磁流变液中的磁性微粒形成链状结构，链的末端吸附于上下滑板上，如图１。

2.2 本构方程由于磁流变效应的复杂性，目前还没有一致公认的磁流变液阻尼器力学计算模型。