基于磁流變阻尼的減震系統(tǒng)研究

何彥雨，徐　帥，段　殼北京林業(yè)大學(xué)工學(xué)院，北京　100083

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基于磁流變阻尼的減震系統(tǒng)研究

何彥雨，徐帥，段殼
北京林業(yè)大學(xué)工學(xué)院，北京100083

摘要磁流變阻尼減速器是一種近幾年來出現(xiàn)的一種新型由智能材料制成的減震裝置。磁流變阻尼減速器相對(duì)于傳統(tǒng)的普通液體的減震器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功耗低、控制應(yīng)力范圍大等優(yōu)勢(shì)。磁流變阻尼減震器作為一種可控流體減震器有取代傳統(tǒng)減震器的發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞磁流變阻尼器；磁流變液；減震

當(dāng)今社會(huì)科技水平不斷向前發(fā)展，機(jī)械結(jié)構(gòu)也不斷朝著大型化的趨勢(shì)發(fā)展，所以由大型的機(jī)械結(jié)構(gòu)工作時(shí)產(chǎn)生的震動(dòng)問題不容忽視。減震系統(tǒng)的研究作為21世紀(jì)基礎(chǔ)科學(xué)的變得越來越重要。橡膠金屬減震器作為傳動(dòng)減震器的代表之一，大多數(shù)都是利用減震器本身的結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)并消耗掉震動(dòng)產(chǎn)生的能量來達(dá)到使機(jī)構(gòu)抗震或者減震的要求。但是，這種傳動(dòng)的減震器所采用的減震方式往往自我調(diào)節(jié)能力非常差，因?yàn)樵趯?shí)際工作當(dāng)中，我們大多數(shù)情況是不能預(yù)計(jì)外界所施加的載荷的作用大小的，所以傳統(tǒng)的減震系統(tǒng)對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)工作時(shí)的安全要求滿足性較低。

1　磁流變阻尼減震系統(tǒng)簡(jiǎn)介

用基于磁流變阻尼的減震系統(tǒng)來控制大型機(jī)械結(jié)構(gòu)工作時(shí)所產(chǎn)生的震動(dòng)是近些年減震系統(tǒng)研究的大方向之一。磁流變阻尼的減震系統(tǒng)作為一種“智能減震器”，具有良好的可控性能和非線性的特點(diǎn)。

磁流變液（MRF，magnetorhelogical fluids），作為當(dāng)代一種新型的技術(shù)，首次發(fā)明是在20世紀(jì)40年代，但是磁流變液在被發(fā)明之后一直沒有被得到足夠的重視。直到20世紀(jì)末，磁流變液技術(shù)才得以被人們重視，得到了進(jìn)一步的發(fā)展。

磁流變阻尼減震系統(tǒng)具有阻尼可控的性質(zhì)，主要由微納米級(jí)的磁性顆粒與具有非導(dǎo)磁性的載體液和一定數(shù)量的穩(wěn)定劑混合而形成一種特殊的懸浮液，這種懸浮液是磁流變阻尼減震系統(tǒng)內(nèi)部液壓缸所采用的阻尼介質(zhì)。磁流變阻尼減震器在其工作時(shí)，其液壓缸內(nèi)部的“懸浮液”作為一種新型智能材料，其流變特性可以隨著外界所加磁場(chǎng)的變化（一般通過調(diào)節(jié)勵(lì)磁線圈中電流的大小來實(shí)現(xiàn)）而發(fā)生連續(xù)且可逆的變化。所謂可逆，就是當(dāng)撤除掉外加磁場(chǎng)以后，這種阻尼介質(zhì)又可以變成可以流動(dòng)的液體。這種可逆的變化可以實(shí)現(xiàn)控制磁流變阻尼減震器的阻尼力。

磁流變阻尼減震系統(tǒng)具有變化過程可逆、響應(yīng)速度快、調(diào)節(jié)范圍大等優(yōu)質(zhì)特點(diǎn)，所以其在精密儀器加工、機(jī)械電子工程、土木工程等領(lǐng)域都具有良好的應(yīng)用發(fā)展前景。

2　磁流變阻尼減震系統(tǒng)原理

磁流變阻尼減震器是當(dāng)今時(shí)代所用的一種新型減震器，這種新型減震器是基于磁流變液的可調(diào)控性質(zhì)的。磁流變阻尼減震器的主要工作原理是在人工外加的磁場(chǎng)的作用下，磁流變液中作為一種特殊的“懸浮液”，其中隨機(jī)分布著許許多多的“小顆粒”，這種“小顆?！笨梢员煌饧拥拇艌?chǎng)所磁化，其磁化后運(yùn)動(dòng)的方向基本和磁場(chǎng)的方向平行。磁化顆粒在外加磁場(chǎng)的作用下形成復(fù)雜的網(wǎng)狀或者鏈狀結(jié)構(gòu)。因?yàn)闇p震器內(nèi)部發(fā)生了以上的變化，所以使得這種新型減震器的阻尼通道兩端的壓力差發(fā)生明顯變化，所以這種減震器被稱為磁流“變阻尼”減震器。

3　磁流變阻尼減震系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的震動(dòng)控制方式

一般用于計(jì)算結(jié)構(gòu)的減震效率的表達(dá)式是十分繁瑣的，一般安裝減震系統(tǒng)后與安裝減震系統(tǒng)前的振幅值相除，得出的比值即為該結(jié)構(gòu)的減震效率。因?yàn)榇帕髯冏枘釡p震系統(tǒng)具有可調(diào)控范圍大等特點(diǎn)，所以其在建筑方面的應(yīng)用現(xiàn)在已經(jīng)十分廣泛。

磁流變阻尼減震器安裝在建筑結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生的減震效果與結(jié)構(gòu)的震動(dòng)響應(yīng)振幅（通常用大寫字母A表示）的關(guān)系是十分密切的。在通常狀況下，我們認(rèn)為建筑結(jié)構(gòu)的使用性能為一個(gè)不變的常數(shù)，所以我們?cè)谘芯磕撤N減震器的時(shí)候需要重點(diǎn)研究的是磁流變阻尼減震器的阻尼系數(shù)（通常用小寫c表示）、剛度系數(shù)（通常用小寫字母k表示）和減震器的質(zhì)量（通常用小寫字母m表示）。

4　磁流變阻尼減震器的應(yīng)用

上文中提到了，磁流變阻尼減震器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功耗低、控制應(yīng)力范圍大等優(yōu)勢(shì)，所以使得磁流變阻尼減震系統(tǒng)在許多領(lǐng)域都有著很好的應(yīng)用前景。由于磁流變液在一個(gè)（或幾個(gè)）很小的外加磁場(chǎng)作用下就可以很容易產(chǎn)生很大的屈服剪應(yīng)力，這讓磁流變阻尼減震器在精密儀器加工、機(jī)器人制造等領(lǐng)域得到了很好的利用。

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中圖分類號(hào)TK9

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)1674-6708（2016）165-0170-01

作者簡(jiǎn)介：何彥雨，北京林業(yè)大學(xué)工學(xué)院。徐帥，北京林業(yè)大學(xué)工學(xué)院。段殼，北京林業(yè)大學(xué)工學(xué)院。