磁流變阻尼器力學(xué)特征與設(shè)計(jì)方法的研究.pdf

1、作為一種可控流體，磁流變液可以在外加磁場的作用下在半固態(tài)和液態(tài)之間連續(xù)可逆地變化，具有卓越的能量存儲和轉(zhuǎn)換特性，表現(xiàn)出巨大應(yīng)用前景。在眾多磁流變裝置中，磁流變阻尼器因其具有能耗低、出力大、響應(yīng)快、結(jié)構(gòu)簡單、阻尼力連續(xù)順逆可調(diào)，并可方便地與微機(jī)控制結(jié)合等優(yōu)良特點(diǎn)，已經(jīng)成為土木工程結(jié)構(gòu)新一代的高性能和智能化減振裝置，并已在土木工程結(jié)構(gòu)振動(dòng)的控制方面得到了初步的應(yīng)用。
　　本文主要從液體本構(gòu)、準(zhǔn)靜態(tài)力學(xué)模型、阻尼器瞬態(tài)響應(yīng)、多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)

2、計(jì)、阻尼器滯回特性的物理模型及動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)等五個(gè)方面對磁流變阻尼器展開研究。
　　首先，通過改寫傳統(tǒng)的本構(gòu)方程形式，并巧妙利用分部積分法，推得了一般本構(gòu)關(guān)系下平行板流動(dòng)問題的通解，該通解中平行板的流量被表達(dá)為液體本構(gòu)方程的積分表達(dá)式，而液體的本構(gòu)可以是任意多段的分段線性函數(shù)。該方法簡單高效，不同壓強(qiáng)梯度下的流量僅需一次積分即可獲得；通過在屈服前、后區(qū)同時(shí)引入冪律函數(shù)，建立了可同時(shí)描述磁流變液非線性屈服過程和屈服后區(qū)剪切稀化過程的、比現(xiàn)

3、有本構(gòu)模型更為通用的材料模型；對此材料模型應(yīng)用所得通解，導(dǎo)出了相應(yīng)的磁流變阻尼器準(zhǔn)靜態(tài)模型，并展示了該模型與現(xiàn)有典型模型的轉(zhuǎn)化。
　　其次，在考慮磁流變液慣性力的前提下，基于有限元?jiǎng)泳W(wǎng)格技術(shù)建立了磁流變阻尼器的瞬態(tài)有限元模型，并給出了算例。該模型簡單、高效，避開了傳統(tǒng)有限元模型中由屈服前、后區(qū)的粘度突變、屈服點(diǎn)位置依賴于待求阻尼力等帶來的困難。結(jié)果表明，磁場響應(yīng)是影響磁流變阻尼器瞬態(tài)阻尼力的關(guān)鍵因素，液體慣性力的影響很小。

4、　　繼而，對一最大出力約200kN的磁流變阻尼器進(jìn)行了響應(yīng)時(shí)間測試，然后利用有限元計(jì)算了勵(lì)磁電流變化過程中磁流變液剪切屈服強(qiáng)度的變化，并以此推測阻尼力的變化過程并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對比。結(jié)果表明，可以用有限元模擬得到的平均有效剪切屈服強(qiáng)度的時(shí)程曲線來研究磁流變阻尼器阻尼力的響應(yīng)時(shí)間；阻尼器的電磁響應(yīng)時(shí)間是阻尼力響應(yīng)時(shí)間的決定因素，減小阻尼器中的渦流是縮短磁流變阻尼器響應(yīng)時(shí)間的重要途徑；幅度相同的電流變化，電流下降時(shí)渦流對阻尼器磁路的影響要

5、大于電流上升的情況；無論是上升還是下降，電流初值越小，渦流對阻尼器磁路的影響越大，阻尼力響應(yīng)時(shí)間也越長；縮短電流的響應(yīng)時(shí)間，一方面會(huì)帶來阻尼力響應(yīng)時(shí)間的直接縮短；另一方面，也會(huì)帶來更大的渦流，從而又延長了阻尼力的響應(yīng)時(shí)間。只有當(dāng)以上兩方面的影響達(dá)到平衡時(shí)，阻尼力響應(yīng)時(shí)間才能達(dá)到最快。
　　接著，利用多目標(biāo)遺傳優(yōu)化，以阻尼力和可調(diào)倍數(shù)為兩個(gè)最大化目標(biāo)，對磁流變阻尼器進(jìn)行了多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)和分析，得到了Pareto解并進(jìn)行了響應(yīng)面和各因

6、素線性相關(guān)性分析。優(yōu)化過程中，對于結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化，既從流體力學(xué)的角度考慮其對力學(xué)性能的影響，又從磁學(xué)的角度考慮其對磁路的影響。結(jié)果表明，阻尼力和可調(diào)倍數(shù)的提高確實(shí)存在矛盾，只能在一定程度上同時(shí)獲得大阻尼力和高可調(diào)倍數(shù)；在一定約束條件下，對于阻尼力來講，活塞的有效長度存在最優(yōu)值。
　　最后，在考慮磁流變液壓縮性的前提下，建立了可描述磁流變阻尼器阻尼力和速度之間非線性滯回關(guān)系的物理模型，并利用文獻(xiàn)中的實(shí)測數(shù)據(jù)驗(yàn)證了模型的正確性；由于采