磁流变液阻尼器的磁路有限元分析与优化设计方法
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动控制 装置 费用 高 、 能耗 大 和装 置复 杂 的缺点 ， 适 合 在土 木工 程上 应 用． 目前 ， 在所 有基 于智 能 材料 的适 用 于 土木 结 构 的减 振 装 置 中 ， ＭＲ 阻尼 器是
外 简 直 径 工 作 间 隙 磁 芯 直 径
磁 芯 有 效 长度
行 程 线 圈 匝数 线 圈 总 电 阻 最 大 输 出 力 可 调 动 力 范 围
（ ２． 表 ）
路 系统 截 面对磁 路 系统 效 率的影 响 的研究 ．
由于磁 芯产 生 的磁 场 对 外 筒 的 作 用 ， 致 内 导
筒 与 外筒 会 相 互 吸 引 而使 测 量 值 产 生较 大 误 差．
１ ＭＲ 阻 尼器 的 有 限 元 分 析
１ １ ＭＲ 阻尼 器 的磁场 实 测 ． 针 对 自行 研 制 开 发 的三 段式 ２ ＭＲ 阻 尼器 Ｔ— 进 行磁 感 应 强度 现 场 实 测 （ １ ． 测 所 用 数 字 表 ）实 特斯拉 计 的可调 量程 为 ０ ２ ０ｍＴ～２Ｔ～ ｌ ￣ ０ Ｏ Ｔ，
阻尼 器 在 现场 实 测 时 不灌 入 一 种 为单 独磁 芯 磁路 ， 第 另
一
对 于 磁 路 设计 的 问题 ， 内外 许 多学 者 运用 国 有 限元 分 析 软 件 进 行 了阻尼 器 的 仿 真分 析 ， 是 但 大多 数 研 究 仅 限 于探 讨 ＭＲ 阻 尼 器 的 最 佳 工 作
磁流 变液 （ ＭＲ） 能 阻尼 器 是 一种 优 秀 的半 智 主动 控制 装 置 ， 有 控 制 力 大 ， 具 可调 范 围宽 ， 度 温 适应 性 强 ， 响应 速度 快且 能耗 低等 优 点． 装 置 的 该 最 大特 点 是 ， 用 了磁 流变 液 在 磁 场 作用 下 能 在 利
磁流变液 阻尼器的磁路 有 限元分析与优化 设计方法
瞿伟廉 樊友川
（． 汉 理 工 大 学 道 路 桥 梁 与结 构 工 程 湖 北 省 重 点 实 验 室 ， 北 武 汉 １武 湖 ４０７ ） ３ ０ ０
摘 要 ： 磁 流 变 液 阻 尼 器 提 出 了基 于磁 路 有 限 元 分 析 的优 化 设 计 方 法 ． 先运 用 Ｈ ０Ｇ 型 数 字 特 斯 拉 计 对 对 首 Ｔ１ ０ 自行 研 制 的 ２ Ｍ Ｒ 阻 尼 器 进 行 现 场 磁 感 应 强 度 实 测 ， 取 了 不 同 电 流 工 况 下 阻 尼 器 内 外 筒 间 隙 处 的磁 感 应 Ｔ— 获 强 度 实 测 值 ． 后 ， 用 专业 磁 场 分 析 软 件 对 ２ — Ｒ 阻 尼 器 的 工 作 磁 路 进 行 了 有 限元 分 析 ， 将 试 验 结 果 与 然 运 ＴＭ 并
仿 真结果 进行 了 比较． 分析结 果表 明， 限元 方法 的计算值 与实测 值非 常接近 ， 证 了仿 真 方法 的可靠 性． 有 验 最
后 ， 用 该 仿 真 方 法 对 不 同材 料 ， 同结 构 参 数 的 阻 尼 器 进 行 了优 化 设 计 ． 运 不 关 键 词 ：Ｔ Ｍ Ｒ 阻 尼 器 ； 磁 路 仿 真 ； 磁 感 应 强 度 ； 优 化 设 计 ２— 中 图 分 类 号 ： Ｕ３ ７ Ｔ １ 文献标 识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：６ ２７ ３ （ ０６ ０ －０ １０ １７ －０ ７ ２ ０ ） ３０ ０ —４
得 到 阻 尼器 磁 路 物 理 模 型 的 试 验 数 据 后 ， 运
用有 限元 分 析软 件 将 其 物 理 模 型 进 行 简 化 ， 立 建
作 者 简 介 ：瞿 伟廉 （ ９ ６） 男 ， 授 ； 汉 ， 汉理 工 大 学 道 路 桥 梁 与 结 构 工 程 湖 北 省 重 点 实 验 室 （３ ０ ０ １４一， 教 武 武 ４０ ７） 基 金 项 目 ：国 家 自然科 学 基 金 国 际 合作 重 大 项 目（ ０ ５国 科全 外 资 助 字 第 ５ ５ ０ ３ ２ ６ ） ２０ ０２１０９ 号
～ ～ 锄 一 一 啪 。 ～ ～ ｍ 一
发 展 最 快 和 应 用 前 景 最 广 的一 种． 计 合 理 的 设 ＭＲ 阻尼器 ， 小 阻尼 器体 积 ， 减 提高 阻尼器 的 可调
范 围 ， 充 分 发挥 磁 流变 液 智 能特 性 所要 解 决 的 是 关 键 问题ｕ ． ｊ
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第 ２ ３卷第 ３期
２０ 年 ９ ０６ 月
华 中
科
技
大
学
学
报 （ 市科学 版） 城
Ｖｏ ． ３Ｎｏ ３ １２ ．
Ｓｅ ｐ．２ ６ ００
Ｊ ｆＨＵＳ ．ｏ Ｔ． （ ｂ ｎ Ｓ ｉｎ ｅＥｄｔ ｎ） Ｕｒ ａ ｃｅ ｃ ｉｏ ｉ
收 稿 日期 ：２ ０ — ３ ３ ． ０ ６０ —０
为 此 ， 内外 筒 间 隙 处 打 上 同样 厚 度 的木 桩 避 免 在 内外 筒之 问 的 相互 错 动 ， 取 ４个 点 的 均值 作 为 并 该 间 隙处 的磁感 应强 度 ．
１ ２ ＭＲ 阻尼器 的磁 路 有 限元 分析 ．
分 辨力 为 ０ １ｍＴ， ． ０ 和 ０ ０ 电流 源 采 ． ０ ０ １Ｔ ． １Ｔ，
用 Ｏ ３ 直流 电源 ． ～ ０Ｖ
表 １ ２— Ｔ ＭＲ 阻 尼 器 参 数 总长 度 ５ ７ｍｍ ３
毫 秒级 的时 间 内从 牛顿 流体 转变 成 具有一 定 屈服 强 度 的粘 塑 性 体 的 智 能特 性 ． 只 需 要很 小 的能 它 量 输入 就 能 调 节 和 产 生较 大 的阻 尼 力 ， 克服 了 主
点 即 电流 与 磁 路 饱 和 的关 系ｌ ， 少 有 关 于磁 ２ 很 叫］
种 为简单 装 配外筒 磁路 ． 工作 电流 在 ０ ２ ． ～２Ａ
之 间 以 ０ ２Ａ 的增 幅 变化 ． 试 点选 取 两边 单 磁 ． 测
极 沿 圆周 方 向的 ４个 点 ． 与 点 之 问相 隔 ９ 点 Ｏ度
外 简 直 径 工 作 间 隙 磁 芯 直 径
磁 芯 有 效 长度
行 程 线 圈 匝数 线 圈 总 电 阻 最 大 输 出 力 可 调 动 力 范 围
（ ２． 表 ）
路 系统 截 面对磁 路 系统 效 率的影 响 的研究 ．
由于磁 芯产 生 的磁 场 对 外 筒 的 作 用 ， 致 内 导
筒 与 外筒 会 相 互 吸 引 而使 测 量 值 产 生较 大 误 差．
１ ＭＲ 阻 尼器 的 有 限 元 分 析
１ １ ＭＲ 阻尼 器 的磁场 实 测 ． 针 对 自行 研 制 开 发 的三 段式 ２ ＭＲ 阻 尼器 Ｔ— 进 行磁 感 应 强度 现 场 实 测 （ １ ． 测 所 用 数 字 表 ）实 特斯拉 计 的可调 量程 为 ０ ２ ０ｍＴ～２Ｔ～ ｌ ￣ ０ Ｏ Ｔ，
阻尼 器 在 现场 实 测 时 不灌 入 一 种 为单 独磁 芯 磁路 ， 第 另
一
对 于 磁 路 设计 的 问题 ， 内外 许 多学 者 运用 国 有 限元 分 析 软 件 进 行 了阻尼 器 的 仿 真分 析 ， 是 但 大多 数 研 究 仅 限 于探 讨 ＭＲ 阻 尼 器 的 最 佳 工 作
磁流 变液 （ ＭＲ） 能 阻尼 器 是 一种 优 秀 的半 智 主动 控制 装 置 ， 有 控 制 力 大 ， 具 可调 范 围宽 ， 度 温 适应 性 强 ， 响应 速度 快且 能耗 低等 优 点． 装 置 的 该 最 大特 点 是 ， 用 了磁 流变 液 在 磁 场 作用 下 能 在 利
磁流变液 阻尼器的磁路 有 限元分析与优化 设计方法
瞿伟廉 樊友川
（． 汉 理 工 大 学 道 路 桥 梁 与结 构 工 程 湖 北 省 重 点 实 验 室 ， 北 武 汉 １武 湖 ４０７ ） ３ ０ ０
摘 要 ： 磁 流 变 液 阻 尼 器 提 出 了基 于磁 路 有 限 元 分 析 的优 化 设 计 方 法 ． 先运 用 Ｈ ０Ｇ 型 数 字 特 斯 拉 计 对 对 首 Ｔ１ ０ 自行 研 制 的 ２ Ｍ Ｒ 阻 尼 器 进 行 现 场 磁 感 应 强 度 实 测 ， 取 了 不 同 电 流 工 况 下 阻 尼 器 内 外 筒 间 隙 处 的磁 感 应 Ｔ— 获 强 度 实 测 值 ． 后 ， 用 专业 磁 场 分 析 软 件 对 ２ — Ｒ 阻 尼 器 的 工 作 磁 路 进 行 了 有 限元 分 析 ， 将 试 验 结 果 与 然 运 ＴＭ 并
仿 真结果 进行 了 比较． 分析结 果表 明， 限元 方法 的计算值 与实测 值非 常接近 ， 证 了仿 真 方法 的可靠 性． 有 验 最
后 ， 用 该 仿 真 方 法 对 不 同材 料 ， 同结 构 参 数 的 阻 尼 器 进 行 了优 化 设 计 ． 运 不 关 键 词 ：Ｔ Ｍ Ｒ 阻 尼 器 ； 磁 路 仿 真 ； 磁 感 应 强 度 ； 优 化 设 计 ２— 中 图 分 类 号 ： Ｕ３ ７ Ｔ １ 文献标 识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：６ ２７ ３ （ ０６ ０ －０ １０ １７ －０ ７ ２ ０ ） ３０ ０ —４
得 到 阻 尼器 磁 路 物 理 模 型 的 试 验 数 据 后 ， 运
用有 限元 分 析软 件 将 其 物 理 模 型 进 行 简 化 ， 立 建
作 者 简 介 ：瞿 伟廉 （ ９ ６） 男 ， 授 ； 汉 ， 汉理 工 大 学 道 路 桥 梁 与 结 构 工 程 湖 北 省 重 点 实 验 室 （３ ０ ０ １４一， 教 武 武 ４０ ７） 基 金 项 目 ：国 家 自然科 学 基 金 国 际 合作 重 大 项 目（ ０ ５国 科全 外 资 助 字 第 ５ ５ ０ ３ ２ ６ ） ２０ ０２１０９ 号
～ ～ 锄 一 一 啪 。 ～ ～ ｍ 一
发 展 最 快 和 应 用 前 景 最 广 的一 种． 计 合 理 的 设 ＭＲ 阻尼器 ， 小 阻尼 器体 积 ， 减 提高 阻尼器 的 可调
范 围 ， 充 分 发挥 磁 流变 液 智 能特 性 所要 解 决 的 是 关 键 问题ｕ ． ｊ
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第 ２ ３卷第 ３期
２０ 年 ９ ０６ 月
华 中
科
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大
学
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报 （ 市科学 版） 城
Ｖｏ ． ３Ｎｏ ３ １２ ．
Ｓｅ ｐ．２ ６ ００
Ｊ ｆＨＵＳ ．ｏ Ｔ． （ ｂ ｎ Ｓ ｉｎ ｅＥｄｔ ｎ） Ｕｒ ａ ｃｅ ｃ ｉｏ ｉ
收 稿 日期 ：２ ０ — ３ ３ ． ０ ６０ —０
为 此 ， 内外 筒 间 隙 处 打 上 同样 厚 度 的木 桩 避 免 在 内外 筒之 问 的 相互 错 动 ， 取 ４个 点 的 均值 作 为 并 该 间 隙处 的磁感 应强 度 ．
１ ２ ＭＲ 阻尼器 的磁 路 有 限元 分析 ．
分 辨力 为 ０ １ｍＴ， ． ０ 和 ０ ０ 电流 源 采 ． ０ ０ １Ｔ ． １Ｔ，
用 Ｏ ３ 直流 电源 ． ～ ０Ｖ
表 １ ２— Ｔ ＭＲ 阻 尼 器 参 数 总长 度 ５ ７ｍｍ ３
毫 秒级 的时 间 内从 牛顿 流体 转变 成 具有一 定 屈服 强 度 的粘 塑 性 体 的 智 能特 性 ． 只 需 要很 小 的能 它 量 输入 就 能 调 节 和 产 生较 大 的阻 尼 力 ， 克服 了 主
点 即 电流 与 磁 路 饱 和 的关 系ｌ ， 少 有 关 于磁 ２ 很 叫］
种 为简单 装 配外筒 磁路 ． 工作 电流 在 ０ ２ ． ～２Ａ
之 间 以 ０ ２Ａ 的增 幅 变化 ． 试 点选 取 两边 单 磁 ． 测
极 沿 圆周 方 向的 ４个 点 ． 与 点 之 问相 隔 ９ 点 Ｏ度