新型阀式磁流变脂阻尼器智能减振系统20150317

新型阀式磁流变脂阻尼器智能减振系统,第十四届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛,指导老师：涂建维 钟 毅参赛成员：张妙娴 陈 果 韩 奇 潘瑞浩 彭若桐 蒋亚军 朱倩莹 杨 洋参赛学院：土木工程与建筑学院,目 录,研发背景 作品介绍 技术创新点 作品成果与推广应用,1,研发背景,4,1. 研发背景,振动问题造成的损伤和破坏在我们身边无处不在，给社会造成巨大的经济损失，给生命安全带来巨大威胁。,许多振动问题采用常规减振技术要么无法解决，要么减振效果很不理想。,“智能振动控制”技术已被列入（2006-2020年）国家中长期科学和技术发展规划纲要中优先发展的前沿技术，是国家发展的重大战略需求。,基于此背景，本作品研发磁流变智能材料、智能减振器件，解决常规方法无法解决的振动问题。,1. 研发背景,特点：可以根据减振对象振动响应的需要，自适应地调节参数提供最优控制力，达到抑制振动响应的目的,磁流变液阻尼器,磁流变阻尼器基本原理,成本高,体积大,质量重,不稳定,1. 研发背景,2,作品介绍,Mobile Office Profile,2.作品介绍,本作品属于土木工程、材料工程和自动控制三学科的交叉领域，由三个不同学科的学生共同协作完成。,智能材料制备了新型智能材料磁流变脂，使得智能材料更加多元化磁流变阻尼器开发了新型固定磁极磁流变阻尼器，大大降低了阻尼器的体积和质量电流调节控制器设计了三电平功率放大硬件，使控制器更加稳定，更抗干扰,智能材料制备,阻尼器制作,控制器研制,智能控制系统,2.作品介绍,3,技术创新点,Mobile Office Profile,将基础油和功能添加剂混合均匀,加入稠化剂制得磁流变酯的基酯,加磁性颗粒研磨均匀制得磁流变酯,皂化反应,图中显示的是放置200天后的磁流变脂与磁流变液。可以明显看到，量筒中的磁流变脂基本无沉降，而磁流变液已经沉降了十分之一左右，说明磁流变脂的抗沉降稳定性比磁流变液好很多,3.技术创新点（1）,制备新型智能材料磁流变脂,在改善了材料沉降稳定性问题同时，材料的其它各项指标没有改变。磁流变脂与磁流变液的屈服应力与粘度都一致，没有发生变化。,磁流变脂和磁流变液的流变特性,磁流变脂和磁流变液的零场粘度,3.技术创新点（1）,磁路构造,磁路有限元模型,根据阻尼器的数学模型结合磁场有限元分析的方法对阻尼器的几何尺寸和磁路尺寸进行了优化设计。具体为改变L1L6及匝数值来观测磁场强度的变化。,阻尼器阻尼力与速度关系曲线,基于Bingham模型的仿真分析计算出阻尼器在不同电流作用下的阻尼力。,3.技术创新点（2）,制作新型“阀式”固定磁极阻尼器,3.技术创新点（2）,在优化磁路结构后，保证相同出力的同时可以大大减小阻尼器的体积与重量。,注：此移动磁极剪阀式磁流变阻尼器为美国Lord公司生产,采用了嵌入式双环恒流控制系统，使得输出电流能够恒定在目标电流上而不上下波动。还运用了脉宽调制方法来设计功率放大器，解决了由于磁性线圈电感的感性作用而产生较大的电流滞后输出现象，极大地增强了控制器的响应时间和稳定性。,自制控制器实物图,3.技术创新点（3）,三电平功率放大硬件系统提高稳定性、抗干扰能力,3.技术创新点（3）,效果对比图,采用三电平功率放大硬件系统，最大限度地降低线圈电流纹波，提高了控制器的稳定性和精确性。,本作品研发后与国外知名品牌产品的主要技术指标做了比较，如下表所示。,3.性能指标比较,4,作品成果与推广应用,Mobile Office Profile,4.作品成果,制作磁流变脂、磁流变阻尼器、控制器实物申报2项国家发明专利在国际国内期刊上发表5篇学术论文作品的研究成果对磁流变阻尼器智能减振技术在土木工程和其他减振领域中的应用具有很大的推进作用,4.推广应用,汽车市场规模巨大,应用方面广,磁流