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于傳統(tǒng)的普通液體的減震器具有結(jié)構(gòu)簡單、功耗低、控制應(yīng)力范圍大等優(yōu)勢。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。

關(guān)鍵詞磁流變阻尼器；磁流變液；減震

當(dāng)今社會科技水平不斷向前發(fā)展，機械結(jié)構(gòu)也不斷朝著大型化的趨勢發(fā)展，所以由大型的機械結(jié)構(gòu)工作時產(chǎn)生的震動問題不容忽視。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)存儲并消耗掉震動產(chǎn)生的能量來達到使機構(gòu)抗震或者減震的要求。但是，這種傳動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，因為在實際工作當(dāng)中，我們大多數(shù)情況是不能預(yù)計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)對機械結(jié)構(gòu)工作時的安全要求滿足性較低。

1　磁流變阻尼減震系統(tǒng)簡介

用基于磁流變阻尼的減震系統(tǒng)來控制大型機械結(jié)構(gòu)工作時所產(chǎn)生的震動是近些年減震系統(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。

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，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的變化（一般通過調(diào)節(jié)勵磁線圈中電流的大小來實現(xiàn)）而發(fā)生連續(xù)且可逆的變化。所謂可逆，就是當(dāng)撤除掉外加磁場以后，這種阻尼介質(zhì)又可以變成可以流動的液體。這種可逆的變化可以實現(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，所以其在精密儀器加工、機械電子工程、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的作用下，磁流變液中作為一種特殊的“懸浮液”，其中隨機分布著許許多多的“小顆?！?，這種“小顆?！笨梢员煌饧拥拇艌鏊呕浯呕筮\動的方向基本和磁場的方向平行。磁化顆粒在外加磁場的作用下形成復(fù)雜的網(wǎng)狀或者鏈狀結(jié)構(gòu)。因為減震器內(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)的震動控制方式

一般用于計算結(jié)構(gòu)的減震效率的表達式是十分繁瑣的，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。因為磁流變阻尼減震系統(tǒng)具有可調(diào)控范圍大等特點，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)的使用性能為一個不變的常數(shù)，所以我們在研究某種減震器的時候需要重點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)簡單、功耗低、控制應(yīng)力范圍大等優(yōu)勢，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（或幾個）很小的外加磁場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、機器人制造等領(lǐng)域得到了很好的利用。

參考文獻

［1］馬小娟.可調(diào)粘滯性CFe2O4離子型磁流體液體的制備及其磁

致光透射變化特征性研究［D］.重慶：西南師范大學(xué)碩士學(xué)位論文，2003，4：24-27.

［2］范健，孫清，王學(xué)明，張陵.磁流變阻尼器抗震應(yīng)用的試驗研究［J］.長安大學(xué)學(xué)報：建筑與環(huán)境科學(xué)版，2003，20 （3）：9-11.

［3］翁建生.給予磁流變阻尼器的車輛懸架系統(tǒng)半主動控制［D］.南京：南京航空航天大學(xué)，2001：24-30.

［4］朱潤生，張建斌，王之珊.電場影響鐵磁流體摩擦系數(shù)研究［J］.北京航天航空大學(xué)學(xué)報，1999，25（5）：581-584.

［5］曾盛綽，吳思源.裝修作業(yè)臺車整體結(jié)構(gòu)的有限元模態(tài)分析［J］.廣西大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2001，26（3）：182-185.

［6］唐毅，黃鴻，張燕.利用PG一812FG數(shù)據(jù)采集卡對XSJ一2型小功率隨動系統(tǒng)的改造［J］.自動化技術(shù)與應(yīng)用，2003，22 （9）：56-59.

［7］Li lianjin、Nagaya Kosuke，Optimal vibration control of a beam having vibration absorbers by means of neural netwoks with consideration of higher modes，Nippon Kikai Gakkai Ronbunshu，C Hen/ Transactions of the Japan Society of Methanical Engineers，Part C，1995（6），61（582），85-92.

［8］lianjin，Nagaya Kosuke，Noise reduction for sructures by using magnetic vibration absorbers（application of neural networks for obtaining optimal parameters of the noise reduction absorbers），Nippon Kikai Gakkai Ronbunshu，C Hen/ Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers，Part C，1995.12，61（591），4187-4194.

［9］Ginder J M. Controllable-stiffness components based on magnetorheological alastmomers ［A］.Proceeding of SPIE-the International Society for Optical Engineering Smart Structures and Materials，200. （20），108-120.

中圖分類號TK9

文獻標(biāo)識碼A

文章編號1674-6708（2016）165-0170-01

作者簡介：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。