磁流變彈性體減振器的設(shè)計(jì)與振動(dòng)特性研究.pdf

1、磁流變彈性體(magnetorheological elastomers)是磁流變材料的一個(gè)新的分支，是磁流變液的固體模擬，通常是通過物理化學(xué)手段，將磁性顆粒散布在粘塑性態(tài)的高分子聚合物基體中固化而成。由于其顆粒被固定在基體中，不存在顆粒沉降問題。同時(shí)，在外加磁場(chǎng)作用下，彈性體內(nèi)部的顆粒被磁化后，會(huì)產(chǎn)生相互作用力，使材料的彈性、剪切儲(chǔ)能模量與損耗因子等發(fā)生變化，宏觀表現(xiàn)即為阻尼和剛度可控。磁流變彈性體在克服了磁流變液的易沉降、穩(wěn)定性差等

2、缺點(diǎn)的同時(shí)，保留了磁流變材料剛度、阻尼可控的特性，兼有磁流變液和彈性體的優(yōu)點(diǎn)，因而在振動(dòng)控制的某些領(lǐng)域有望具有比磁流變液更為廣泛的應(yīng)用前景。到目前為止，雖然國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者發(fā)表了許多關(guān)于磁流變彈性體的相關(guān)文獻(xiàn)，但對(duì)磁流變彈性體的研究主要處于理論和實(shí)驗(yàn)階段，對(duì)磁流變彈性體的相關(guān)應(yīng)用研究還處于起步階段。
　　 本文以現(xiàn)代精密制造過程中加工平臺(tái)的寬頻微幅振動(dòng)控制為研究背景，對(duì)基于磁流變彈性體的新型減振器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和振動(dòng)特性進(jìn)行研究。通過

3、對(duì)所研制的磁流變彈性體減振器在不同激勵(lì)頻率和控制電流下的振動(dòng)響應(yīng)特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，探討磁流變彈性體減振器的減振效果和可控性，以建立基于磁流變彈性體材料的新型主被動(dòng)混合減振系統(tǒng)，為解決精密制造過程中的寬頻微幅振動(dòng)控制提供新的參考方法。
　　 本文的主要研究工作和成果如下：
　　 1)采用硅橡膠和羰基鐵粉制備了有場(chǎng)和無場(chǎng)作用下的磁流變彈性體材料，并對(duì)其微觀組織和力學(xué)性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，無論是有場(chǎng)制備還是無場(chǎng)制備的磁流變

4、彈性體，在施加外磁場(chǎng)后，其承載能力和剛度都有所提高，但有場(chǎng)制備彈性體的可調(diào)范圍要大于無場(chǎng)制備的彈性體，其綜合性能要優(yōu)于無場(chǎng)制備的彈性體。
　　 2)基于擠壓受力模式，設(shè)計(jì)了一種擠壓式磁流變彈性體減振器。通過對(duì)所設(shè)計(jì)的減振器在不同激勵(lì)頻率和控制電流作用下的振動(dòng)響應(yīng)特性分析發(fā)現(xiàn)：在一定的頻段內(nèi)，減振器在有磁場(chǎng)作用下的振動(dòng)響應(yīng)幅值都比無磁場(chǎng)作用時(shí)的有所降低，但在每個(gè)激勵(lì)頻率下的減振效果相差較大，在中頻段的減振效果要優(yōu)于低頻和高頻段；同

5、時(shí)，減振器的振動(dòng)響應(yīng)幅值與控制電流并不是簡(jiǎn)單的線性關(guān)系，對(duì)于每一激勵(lì)頻率，都有一個(gè)對(duì)應(yīng)的最優(yōu)控制電流使結(jié)構(gòu)的振動(dòng)響應(yīng)幅值最??；此外，在各個(gè)激勵(lì)頻率下，減振器會(huì)產(chǎn)生倍頻響應(yīng)，且在大多數(shù)情況下，施加磁場(chǎng)能使其倍頻響應(yīng)幅值降低，但在有些情況下，施加磁場(chǎng)反而會(huì)使結(jié)構(gòu)的倍頻響應(yīng)幅值增大。
　　 3)研制了一種磁場(chǎng)方向垂直于磁流變彈性體受力方向的剪切式磁流變彈性體減振器，并對(duì)其在不同激振頻率和控制電流作用下的振動(dòng)響應(yīng)特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試和分析

6、。結(jié)果顯示，在較寬的頻段內(nèi)，該減振器可以通過控制施加于線圈繞組的電流大小來調(diào)節(jié)其減振效果：但對(duì)于不同的激勵(lì)頻率，減振器在磁場(chǎng)作用下的減振效果并不一致，且相差較大。同時(shí)，雖然在電流控制下系統(tǒng)的響應(yīng)幅值都有一定的降低，但降幅都不是很大，說明該減振器的減振效果并不明顯，為了提高其振動(dòng)控制能力，需要對(duì)該減振器的結(jié)構(gòu)做進(jìn)一步改進(jìn)。
　　 4)利用所研制的擠壓式磁流變彈性體隔振器，設(shè)計(jì)了一種新型主被動(dòng)一體隔振平臺(tái)，并對(duì)其隔振效果進(jìn)行了相關(guān)實(shí)