（机械设计及理论专业论文）磁流变阻尼器响应时间预测研究.pdf

硕 士 论 文磁流变阻尼器响应时间预测研究 ab s t r a c t m a gne t o r h e o l o g i c a l ( m r ) fl u i d d a m p e r i s a n e w k i n d o f s m a rt d a m p e r , a n d p o s s e s s e s w i d e ly a p p l i c a t i o n p r o s p e c t i n t h e fi e l d o f a n t i - v i b r a t i o n o f a u t o - m o b i l e . r e s p o n s e t i me i s a n i m p o r t a n t c h a r a c t e r i s t i c f o r d e t e r m i n i n g t h e p e r - f o r m a n c e o f m r d a m p e r s i n p r a c t i c a l c i v i l e n g i n e e r i n g a p p l i c a t i o n s . i n t h i s p a p e r , t h e i n fl u e n c e f a c t o r s u p o n t h e r e s p o n s e t i m e o f t h e m r d a m p e r s a r e s y s - 山 e m a t i c a ll y i n v e s t i g a t e d , s u c h a s t h e p a r a m e t e r o f c o n s t r u c t i o n c h a r a c t e r i s - i t i c s , m r f u n d , fl e x i b i l i t y a n d v e l o c i t y o f t h e 禅 s t o n . ( 1 ) t h i s t h e s i s i n t r o d u c e s mr t e c h n o l o g y a n d p rop r i e t i e s o f mr fl u i d . t h e n g i v i n g a b r o a d o v e r v i e w o f m r d e v i c e s t h a t a r e d e v e l o p e d a n d p r o g r e s s re p o rt o f i n t e rn a t i o n a l a n d c h i n e s e a c a d e m e , a l s o s i g n i fi c a t i o n a n d t a s k o f t h i s p a p e r . ( 2 ) i n t h i s c h a p t e r w e f o u n d a m a t h e m a t i c a l m o d e l u s i n g t h e o ry o f fl u i d m e c h a n i c s . ( 3 ) m r d a m p e r s h a v e b e e n u s e d i n v ib r a t i o n s u p p r e s s i o n , n o i s e r e d u c i n g , a n d g r e a t a c h i e v e m e n t h a s b e e n o b t a i n e d . b u t t h e b e h a v i o r o f mr d a m p e r s o n t r a n s i e n t r e s p o n s e h a s n o t b e e n r e p o rt e d b y n o w . t h i s p a p e r m a i n l y c a r r i e s o u t a c o m b i n e d s t r u c t u r a l d i m e n s i o n s a n d e l e c tr i c p a r a m e t e r s o n t h e t r a n s i e n t p r o- p e rt y o f m r d a m p e r s . b a s e d o n p a r a l l e l p l a t e fl o w th e o ry . t h e v a r i o u s k i n d s o f f a c t o r s t h a t a ff e c t t h e re s p o n s e t i m e o f m a g n e t i c c u r r e n t d a m p e r h a s b e e n a n a l y z e d i n t h i s a rt i c l e . i n a d d i t i o n , t h e r e s p o n s e t i m e c o n s i d e r i n g r e s i s t a n c e a n d i n d u c t a n c e o f e x c i t i n g c i r c u i t i n fl u e n c e d o n t h e tr a n s i e n t t i m e o f m r d a m p e r s h a v e b e e n d i s c u s s e d a l s o . t h e a u t h o r s a l s o p u t f o r w a r d s o m e a p p r o a c h e s t o o p t i m i z e t h e r e s p o n s e t i m e , i n c l u d i n g r e d u c i n g t h e c l e a r a n c e b e t w e e n t h e p i s t o n a n d c y l i n d e r a s p o s s i b l e a s y o u c a n , c le a n i n g u p th e i n fl u e n c e o f t h e r e s i d u a l m a g n e t i s m a n d s o 0几 ( 4 ) s u m m ari z e t h e w o r k s a n d i n n o v a t i o n s o f t h i s p a p e r . t h e n g i v e p r o s p e c t s o f f u t u r e s t u d y . k e y w o r d s : m a gne t o r h e o l o g i c a l (mr ) fl u id , mr d a m p e r s , r e s p o n s e t i m e 声明 本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在本 学 位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人己经发表或 公 布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使 用 过的 材料。与我一同 工作的同事对本学位论文做出的 贡献均己 在论文 中 作了明确的说明。 研 究 生 签 名 : 典畔 71- 1 年 月 了日 学位论文使用授权声明 南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档， 可以 借阅或 上网公布本学位论文的部分或全部内 容，可以向 有关部门 或机构送交并 授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内 容。对于保密 论文，按保密的有关规定和程序处理。 研究生 签名: (i- 1 年7 月 尹 日 硕士论文磁流变阻尼器响 应时间预测研究 1 绪论 1 . 1 磁流变装置的基本原理 1 . 1 . 1磁流变液的组成 11 2 1 磁流变液 ( m a g n e t o r h e o l o g i c a l f l u i d ，即m r f ) 作为一种新型智能材料， 主要 由高磁导率、 低磁滞性的微小铁磁性颗粒、 非导磁性载液及稳定剂组成， 是一种非胶 体性的材料， 最初是由 美国的j a c o b r a i n b o ， 于2 0 世纪4 0 年代发现的. 一种典型的 磁流变液包括2 0 96 - 4 0 % 的纯苯、 铁磁粒子等等，这些粒子悬浮在矿物油、 合成油、 水 或者乙 二醇中。 在组成的部分中， 载液的作用是将固体粒子均匀地分散开， 这种分散 作用能保证在零磁场时，使磁流变液仍保持有牛顿流体的特性，而在有磁场作用时， 则使粒子形成链化的结构， 产生剪切屈服应力， 并使磁流变液呈现b i n g h a m 弹塑性流 体的特性。 好的载液应具有低零场粘度、 大的温度稳定性、 不污染环境等特性。 铁磁 性微粒大多数由铁、 钻、 镍等磁性材料组成， 在磁场的作用下粒子形成链状， 产生磁 流变效应。 因此， 固体粒子材料的化学性质和物理性质， 对磁流变液的性能优劣起着 决定性的作用。 稳定剂主要有团聚稳定剂和沉降稳定剂， 团聚稳定剂是防止颗粒粘接 在一起; 沉降 稳定剂是防 止颗粒随着时间的推移不断下沉。 不同的添加剂同商 业上的 润滑剂相似， 通常用来防止重力沉淀， 促进粒子悬浮， 增强润滑性，改变粘度， 防止 磨损的。其在磁流变液中的含量较少， 一般低于5 %。 最常见的稳定剂有油酸盐、山 梨醉、 甘油、 二乙胺、 低分子量的聚酸胺、 玻拍酸酞亚胺、 聚二甲 基硅氧烷、 苯酸盐、 磺酸盐和磷酸盐等。 1 . 1 . 2 磁 流 变 液 的 工 作 机 理 及 特点 2 1 3 1 4 1 5 1 磁流变液是一种在表面活性作用下软磁材料颗粒在载液中形成的 悬浮液， 这种悬 浮液在不加磁场时是可流动的液体， 与牛顿流体相似。 在受到外加磁场的作用和控制 时， 磁流变液中被感应的悬浮颗粒产生偶极矩， 通过偶极子之间的相互作用， 而形成 与外加磁场方向 平行的 链状结构。 随着外加磁场的 加强， 链状结构进一步发生聚集， 形成团 簇状结构。 其粘度陡然增大几个数量级以 致失去流动性， 表现出 类固体的行为。 并且具有固体的 某些属性， 即具有抗剪切的能力， 也即 是说抗剪切力的大小与磁场的 强度有关， 当 外加磁场撤去时， 磁流变液又恢复到原来的液体状态。 而且这一效应是 可 逆、 可 控 和高 灵 敏 度的 ， 这 种变 化 过 程 称 为 磁 流 变效 应( m a g n e t o r h e o lo g ic a l e f f e c t ) , 如图1 . 1 . 1 的 ( a )和 ( b )。 磁流 变技术就是将磁流变效应成功的 应用到相关工程中的一项技术. 从磁流变技 术的研究发展来看， 对它的研究工作主要包括磁流变材料技术、 磁流变装置设计与控 硕士论文磁流变阻尼器响应时间预测研究 化控制 策略和随机优化控制策略等， 但应用 控制策 略时往往忽略了阻尼器的动态 特 性。 衡量磁流变阻尼器的动态特性的 性能指 标除了 阻尼力的大小 及可调范围外， 响 应 时间 是 磁流 变阻 尼器的 一个非常重 要的 性能指标， 它直接决定着磁流变阻尼器的 应用 范围、 控制频率和控制效果。 在设计阻尼器以 及进行阻尼器性能评估时， 响应时间 是 一个重 要的因 素， 它包括磁流变阻 尼器的流变响 应时间、 电 路响应时间等。 在 采用 各 种半主动控制策略对 m r 阻尼器实时控制时，阻尼器的动态响应和阻尼力的精确控制 是直接 影响 振动控制效果的 关键技 术之一。 因 此对磁流变阻尼器响应时间与其主要 影 响因素 之间的 关系进行研究具有重要的学术意义 和工程应用价值。 而 解决好响应时间 的问 题， 更能提高磁流 变阻尼器的性能， 使磁流 变阻 尼器具有巨 大的实用价值和广阔 的市场前景。 1 .4本文的主 要工 作 本 文以 磁流变阻 尼器为 研究 对象， 主要 研究了 磁流变阻尼器的响应时间， 总结出 影响磁 流变阻 尼器响 应时间的主要因 素， 并 对阻 尼器响应时间提出了改善 措施。 包 括 以下研究内容: 第二章 介绍了磁流变阻尼器的基本结构和工作模式，是后面几章对阻尼器进行 特性分析和优化的基础。 第 三章 根据磁流变液在阻 尼通道的流动情况， 建立了 磁流变阻尼器的 平行板 一 维层流的 流动方程， 得出了磁流变液 在阻尼 通道中流动的速 度分布函 数。 并对其中的 模型进 行了阻 尼力的 计算。 第四 章 磁流变阻 尼器响应时间的 研究。 从 磁流变液、 磁流变阻尼器的 机构、 控 制电 路 三部分 研究 磁流变阻 尼器的 响应时间。利 用m a t l a b 软件的程序设计语言对 磁 流变阻 尼器的响应时间 理论 计算公 式进行分析， 并与实验数据作比较。 得出响 应时间 的主 要影响因素， 提出 优化方法。 根据响 应时间的 优化方法， 提出了 阻尼器的阻尼 通 道设计原则和材料的选用. 第五章 对前面几章的内容 进行了总 结， 对本文 所做的工 作做了 概括和阐 述，说 明了 存 在的问 题和需 要改 进的 地方， 并提出了 磁流变技术和器件的今后可能的发展 方 向。 硕 士论 文磁流变阻尼器响应时间预侧研究 3 磁流变阻尼器的流动模型 3 . 1 流 体力 学 的 基 本 知 识 11 51 16 1 17 1 19 1 3 . 1 . 1 流体粘度的基本概念 当 流体流动时， 内 部会产生摩擦力， 阻碍流体的 流动， 流体的 这种性质叫 做流体 的 粘性。 流体产生 粘性的最主要的原因 有两条: 一是流体 分子之间的 吸引 力产生阻 力， 二是流体分子作不规则的热运动的动量交换产生阻力。 设有两平行平板.相距为d.其间布满液体。如图 3 . 1 . 1 所示 y o 图3 . 1 . 1 相对运动平板之间的 流体 假设下板固定， 上板在外力作用 下以匀 速v u 向右 运动. 与两板 相接触的流体由于 附着力的作用必粘附于两平板上， 具有与平板相同的 运动速度。 因 此与上 平板相 接触 的 流 体 将 以 速 度v 。 随 上 板 一 起向 右 运 动 ， 而 紧 贴 下 板 的 流 体 将以 自 上而 下 逐 层递 减的 速度向右运动。 流动较快的流体 层， 带动较慢的 流体层， 同时 流动较慢的 流体 层又阻 滞流动较快的 流体层， 从而 在流 体层之间 产生内 摩 擦力。 牛顿经实验研究 发现， 流体 运动产生的内 摩擦力与沿接触面法 线方向 的速度变化 ( 即 速度梯度) 成正比， 与 接触 面的面积成正比， 与流体的 物理 性质有关， 而与接 触面上的 压强无关。 这关系式称为 牛顿内摩擦定律，即 _d u 户 =r j a气尸 a y ( 3 . 1 . 1 ) 式中 f 流体层接触面上的内摩擦力 ( n ) 硕士论文 磁 流 丝 阻 尼 器 响 应时 间 预 测 研 究 a流体层之间的接触面积 ( m z ) d u l 咖 速 度 梯 度， 通 常 称 为 剪 切 速 率 y ( 1 / s ) ? i - 表示流体物理性质的比 例常 数， 称为 动力粘性系数 ( p a - s )， 简称粘度。 若以单位面积上的内摩擦力 ( 切应力): 表示，则牛顿内摩擦定律可以表示为: d u 了 一 .t n 万 ( 3 . 1 . 2 ) 通常把满足牛顿内摩擦定律的 流体称为 牛顿流体， 如图3 . 1 . 2 。 此时n 由 流体本 身性 质所决定，不随d u l d y 而变化， 否则称为非牛 顿流体。 馨 _ im 一 ， . 下 下 ，r 、 、 二为 1 为 1 . 、 . 、 图 3 . 1 . 2流过平行板的牛顿流体的速度分布图 3 . 1 . 2 层流与 紊流 一般 情况下，我们假定流体流 动在管道内 任何位置都 有恒定的 速度， 如图 3 . 1 . 3 . 然而， 当流体流过管道时，在 管壁上流体层的 速度为零。 这是由 于流体的粘 性， 使它的 分子粘附在管壁上。 随着 流体层与管 道表面距离的逐渐增大， 它的速 度就 逐渐增高. 所以 在管道的中 心线上，出 现最大速率。如图3 . 1 . 4 . 图3 . 1 . 3假定 无粘性的管道流体流动情况 硕 士 论文磁流变阻尼器响 应时间知测研究 剪切模式 流动模式 混合模式 ( 3 . 2 . 7 ) 么六 odpdp fweesesesesl - 六一方 同 时考虑牛顿流和b i n g h a m 塑 性剪切流，在 牛顿流条件下， 剪切机理为: du r _ 泞 d y ( 3 . 2 . 8) b i n g h a m 塑 性材料的 特性由 动态屈服应力 来表 示。 在前屈服条 件下， 因 为流体中 的剪 切应力小于屈服 应力， 在环形电极间隙间 流体不会发生流动。 当 剪应力大于 动态 屈 服 应 力 时 ， !司 引， 则 磁 流 变 液 开 始 剪 切 流 动 ， 速 率 梯 度 大 于 0 ， 或 d u i d y 0 . 因此，剪应力可以写成: : 一 :y sgn(u)+ t/ du( 3 . 2 . 9 ) 因此，牛顿流体可以看作动态屈服应力为0的b i n g h a m 塑性流。 1 , 剪切模式 对一个剪 切模式阻尼器 进行近似的平 行板分 析， 同时建 立无量 纲b i n g h a m 数b , 的 表达 式。 对平行板流动情况 进行分 析。 对于牛顿流体， 边界条件如表3 . 2 . 1 。 可 推导出间隙中 流体的 速度和剪切应力分 布为: u (y ) = 一 “ (1 一 y_ )d . r (y ) = o ( 3 . 2 . 1 0 ) ( 3 . 2 . 1 1 ) 产生的阻尼力为: f= c a ( 3 . 2 . 1 2 ) 式中， 其中， 间隙。 ，. b l . c . ,=叮吸 -了) a ( 3 . 2 . 1 3 ) b 为液压缸的内 径，l 是与流 体接触的活塞长度，d 为 活塞与液压缸间的 硕士论文 磁流变阻尼器响应时间预侧研究 表 3 . 2 . 1剪切、流动、混合模式阻尼器的边界条件 工作模式压力梯度 边界条件 牛顿剪切 流 b i n g h a m塑性剪切流 剪切模式 助/ 7 x =0 u ( 0 ) = - v o u ( d ) =0 屈服前 屈服后 u 沙) =0 u ( 0 ) = - v o u ( d ) = 0 流动模式 中/ a x = a p i l u ( 0 ) = 0 u ( d ) =0 1区 ( 屈服后) 0 夕 y p 2区 ( 屈服前) y p y y o , 3区 ( 屈服后) y m y i, r . 2 , 线圈的 连接方式对响应时间的影响 对于具有复杂励磁电路的磁流变阻尼 器， 如图1 . 2 . 2 所显示的大吨位阻尼器内部 装有一 个多 级线圈。 线圈接线有两 种: 串联和并 联。 假定 励磁电 路有n 个同 样的 线圈 单 元 并 联， 串 联 时 的 总 电 感 和电 阻 分 别 是 l o 和 凡， 则 整 体电 路 的 电 感 和电 阻 分 别 为 : l o = 令 r o = rd ( 4 . 2 . 4 8 ) 两 种 连 接 有 相 同 的 电 感电 阻比 l p / r ; 二 几 / 凡。 但是 ， 电 源提 供给 每 个 线 圈 的 电 流 达 到 稳 态 的 时 间 不 同 于 单 个 线 圈 . 如 果 电 流 源 的比 例 增 益y 比 较 大， 阶 跃 输 入 信 号 会 使 电 流 源 达 到 其 饱 和 电 压v -. 到 达 期 望电 流id 的时 间 是 t = 了 l a 1 k ( 1 一 m id ) l 凡) l v .n ) ( 4 . 2 , 4 9 ) 应 用 泰 勒 级 数 。 以 1/ n 作 为 变 量 ， 展 开 上 式 ， 可 得 到 : 、 = 制分 z- (va lln)+ 2v 2. n + . ( 4 . 2 . 5 0 ) 对 于 实 际 情 况， v .一 般要 比 r a id 大 几 倍， 只 选 取上 式 得 第 一 项 不 会引 起 较 大 的 误 差。 有 式 ( 4 . 2 . 5 0 ) 可 以 看出 ， 到 达 期 望电 流i 的 时 间 与 电 感 成 正比 ， 与 线圈 并 联 的 个数 成反比， 所以 将线圈并联可以 用来降低线圈电流的响 应时间。 5 7 硕士论文磁流变阻尼器响应时间预测研究 (n名只四国 艺乙只吸国 时间( a )时间(s ) ( a) ( b ) 图4 . 2 . 1 8线圈串、 井联的阻尼器响应比 较 ( a )力上升( b )力下降 图4 . 2 . 1 8 给出了电流下采用不同 线圈连接的 阻尼器回复力响应，对于线圈串 联 连接， 阻尼器回复力需要0 . 4 0 s 的时间从8 . o k n 上 升到 1 5 8 . o k n ;需 要0 . 1 5 s 的时间 从1 5 8 . o k n 下降到8 0 k n 。 线圈 采用并联 连接， 只需要0 . 2 s 的时间就可以 从8 . o k n 上 升到1 5 8 . o k n , 需要m i s 的时 间从1 5 8 . o k n 下降 到8 o k n 。 其中8 . o k n 是对应于零输 入电流的阻尼力。 80印初20 00即8040即 n艺只吸国 0 .2 0 a 0 . 8 0 .8 时间( s ) 图4 . 2 . 1 9电 流 突变为0 时阻 尼器响应时间的曲 线 硕士论文磁流变阻尼器响应时间预侧研究 由图4 . 2 . 1 8 可见，当电流由某一值突变为 0 时，阻尼力达到稳定所需要的时间 比 较长。 这是因为 磁流 变阻尼 器为了 在较小的励磁电 流下产生足够大的 磁通( 或磁感 应强 度) ， 一般 磁芯都 是铁或铁合金 类的 磁性材料， 当电 流变化为 零时， 磁芯中 的磁 通减到 零值， 但 磁感应强 度并未回到 零值， 即所 谓的剩磁现象。 由于 剩磁现象的 存在， 势必导致响应时间的加长。 杨广强的文献研究如果采用电流反向驱动， 即在阻尼力下 降到某一值之前施加反向电流，然后才将电流置零，变化曲线如图 4 . 2 . 1 9 。此时需 要0 . 1 3 s 阻 尼力就能达到稳定状态。 可见， 这种技术能有效 地减小 剩磁的 影响， 大大 减小电 流回 零时磁流变阻尼器的响应时间。 另 外励磁线圈的 电流与磁流变液磁 感应强 度的关系为: ， = i u.1:2 2haf ( 4 . 2 . 5 1 ) 根据电路原理， 串联电感会增大整体电路的电感， 而并联电感却降低整体电路的 电感。因 此由 式4 . 2 . 5 1 可知， 相同 的电 流作用下，在励磁电路中串联励磁线圈， 将 会提高磁流变液的磁感应强度。 4 . 3磁流变阻 尼器响 应时间的改善 措施 和阻尼器设计原则 4 . 3 . 1 磁流变阻 尼器响 应时间的优 化途径 从以上 对磁流变阻尼器的响应时间理 论分析看出， 影响 磁流变阻尼器响 应时 间的 因素主 要有以 下的 几方面: 1 ) 磁流变液的粘度、固 体颗粒的体积、 工作的温度环境及磁场强度; 2 ) 磁流变阻 尼器的间隙、 系统柔 度、活 塞运行速度; 3 )控制电路中的控制器、多级线圈的连接、剩磁: 根 据有关 磁流变响应时间的 研究分析， 优化缩短 磁流变阻尼器的响应时间的 途径 和方法主要有: 1 )选 择的 磁流变液应该具有颗粒的体积 含量越大、塑性粘度低、响应 速度快、 工作温度范围宽 等优点。 2 ) 在允 许的 条件下， 尽量减小缸体与活 塞的 间隙。但是阻尼器的粘滞阻尼随 缸 体与活塞的间隙的 减小而增加得很快， 而磁场变化 产生的 库仑阻 尼有限， 为了 满足阻 尼器可调范围的 要求，应尽量增加刚体与 活塞的 间隙d ， 因此， 合理地选择间隙的 大 小至关重要。 3 )尽 可能 减小系统的柔度。 磁流 变阻 尼器应该 采用刚性 连接。 4 )在 磁流变阻尼器的电 路设计中， 选用电 流源 代替电压 源来控制电 路将使阻 尼 器具有更 优良 的 动态性能; 增加电 磁线圈的 级数 ( 导致电路电阻 增加， 能 耗变大， 所 以 应适当 选择): 增大电 流源饱和电压等。 5 9 硕士论文磁流变阻尼器响应时间预侧研究 5 ) 磁流变阻尼器的励磁电路， 在提高磁流变 液的 磁感应强 度， 联电 路: 但在电 路的瞬态响应能力 方面， 并联电路 优于串 联电 路。 6 ) 消除剩磁的 影响。 首 先， 选择退 磁性能 好的 磁芯材料: 其次， 动。 串联电路优于并 采用电流反向驱 4 . 3 . 2 阻尼器的设计原则 响应时间是磁流变阻尼器的一 个非常重要的性能 参数， 它直接决定了 磁流变阻 尼 器的控制频率、 应用范围和使用效果。 下面根据国内外的经验和磁流变阻尼器响应时 间的影响因素，进行阻尼通道的设计和材料选用。 4 . 3 . 2 . 1 阻尼通道的结构参数 对阻尼器来说， 阻尼通道是位于内缸和外缸之间的环形间隙。 阻尼通道的结构直 接影 响到磁流变阻尼器的阻 尼力， 从结构上可以 看出， 阻尼 通道主 要有下列几种形式: 阻尼 通道位于工作缸之内; 阻 尼通道位于活塞 和工 作缸之间 ; 阻 尼通道位于工作缸 之 外， 线圈有位于活塞内和活塞外两种结构形式， 磁流变阻尼器的阻尼力是由两部份构 成: 在无磁场作 用时， 磁流 变阻尼器的阻尼 力由 磁流变液的粘度引 起的粘滞阻尼力; 在有 磁场作用时，由 磁场引 起的库仑阻 尼力. 阻尼通道的结构参数主要是确定间隙d和阻尼通道的长度l， 而间隙d是影响阻 尼器响 应的主要因 素。 由上一 节对响应时间的影响 分析来看， 阻 尼器的阻尼力随阻 尼 器间隙的 增大而近乎 直线减小. 这是由于 磁流变流体的磁导率 远远小 于金属材料的 磁 导率， 整个磁路部分的磁阻主要由活塞间隙产生。 随着活塞间隙的增大，磁路结构的 磁阻增大， 因而 在输入电 流不变的条件下， 线圈 产生的磁场强度减小。 因此应在允许 的 条件下， 尽量减小 缸体与 活塞的间隙d。 但是由 于阻 尼器的 粘滞阻 尼随缸体与活塞 的间 隙d 的减小而增加得很快， 由 磁场变化产生的 库仑阻 尼有限， 为了满足阻尼器可 调范围的要求，应尽量增加缸体与活塞的间隙d.综合各方面的要求，磁流变减振器 的间 隙d 一般取值为0 . 5 -2 mm 左 右. 活塞的有效长 度l 与粘滞阻尼力 和库仑阻尼力均 成正比 关系， 随着l 的增加， 磁 流变阻尼 器的阻 尼力也增加。因 此想取得较大的阻 尼力， 可以 在空间允许的情况下， 在其它参 数不 变的 情况下 适当 地增加l 的取值。 4 . 3 . 2 . 2 材料的 选用 在结构参数都己 经确定的 情况下， 影响阻尼 器工作范围 的因素是 磁流变液的剪切 屈 服应力， 磁流变液的动力 粘度， 磁流变液在 无磁场时的粘度等。 降 低磁流变液的零 场粘度，增大磁流变液的剪切屈服应力都可以提高磁流变阻尼器的调节范围。 硕士论文 、磁流变阻尼器响应时间预侧研究 1 、磁流变液的选用 1 ) 磁流变液的流 变效应是一种可逆变 化， 它具有磁化和退磁两种可能性，所以 选择的磁流变液的 磁滞回线必须狭窄， 从而使内 聚力较小， 磁导率较大， 尤其须使 磁 导率的初始值和极大值尽量地大; 2 ) 磁流变 液应具有较大的磁饱和，以 使得尽可能大的 “ 磁流” 通过悬浮液体的 横截面，为颗粒间的相互作用提供更多能量; 3 ) 悬浮液中 强磁性颗粒的分布必须均 匀， 且应保持分布率不变，以使磁流变液 具有很好的磁化特性; 4 )外加场强的电 流耗能尽可能小; 5 )为防止 磨损甚至改变 性能， 磁流 变液必须具有极高的 “ 击穿磁场”。 2 . 磁 路 材 料的 选 用 【14 2 11 在磁路中， 磁芯材料所起的作 用就是 增加磁感， 改变 磁路的 磁通密 度、 减小磁漏 等。 磁芯材料的种 类较多，主要有:电 工纯 铁、 硅钢、 铁镍合金、 铁铝合金、 磁温度 补偿 合金和软磁铁氧体等。 由 于各种磁芯 材料的 性能和价格相差较大， 有的 材料还需 要真空 或氢气保护热处理， 从而 磁芯元件的性能和价格 相差较 大， 根据以 下原 则， 选 用材料。 1 ) 要求磁芯材料磁导率高，当 线圈 匝数一定时， 通一 不大的电 流， 就能 产生较 大的 磁感应强度。 磁流变液阻 尼器阻 尼通道中的工 作磁感应强 度一般为0 . 3 - 0 . 6 特斯 拉， 所以 选用磁芯材料时 应将最 大磁导 率作为选择材料的主要依 据。 2 ) 要求材料的磁滞回 线所包括的 面积小， 矫顽力 低， 磁导体中 有涡 流损失和磁 滞损 失小。 在交变磁场作用下， 磁导体的磁 滞回 线的 形状和大小， 随磁场频率的改变 而变 化， 磁导 体中 有涡流损失和磁滞 损失( 总称为铁损) ， 铁损的存在不仅使线圈的 激 励电 流增加，而且使磁路中的 磁势与磁通 之间 存在相位差。 3 ) 磁流变阻 尼器线圈的电 流决定于线圈的电阻 和电 抗，线圈中 的电 抗与磁路中 磁阻有密切关系。 4 ) 就励磁线圈而言， 除了 保证由 磁路的欧 姆定 律所确定的磁通外， 还要考 虑线 圈的 匝数、 电 流的 大小和线径之间的 关系， 由 于漆包线的横切面积与线圈的功耗 成反 比， 在相同的匝数条件下应采用较大的线径，以免线圈过热引起短路， 但过大的线径 又会 造成器件的体积 庞大， 在设计时应根据器 件的 体积和散热条件选择线圈的 直径。 5 ) 磁路的饱 和问题是磁流变阻尼器设 计中 必须考虑的问题，当 磁路未 饱和时， 随 着励磁电 流的增 加， 阻尼器的阻尼力不 断增大， 变化基 本满足线性关 系， 随着电 流 的 增大， 磁路接近 磁饱和状态， 阻尼力的 增加不再随 着电流的变 化而 线性增大， 增大 的幅度较小。 硕 士论 文 磁