摩托车磁流变减振器的设计
环形磁路磁流变减振器设计与优化
环形磁路磁流变减振器设计与优化Design and Optimization of Annular Magnetic CircuitMR Damper专业名称车辆工程指导教师何仁姓名王乐乐2018年6月摘要悬架作为缓和路面冲击的关键部件，其性能优劣直接影响汽车舒适性。
磁流变（Magnetorheological，MR）减振器作为新型电磁半主动悬架的核心部件，具有响应速度快、阻尼力连续可调、调节范围广、能耗低等诸多优点，其研究与应用前景广阔。
为了对MR减振器进行设计与优化，本文主要研究内容包括：首先，基于Bingham模型与平板模型建立了阀式MR减振器阻尼力模型，基于磁路欧姆定律建立了磁场数学模型。
为了验证理论模型的正确性、进一步研究双级线圈MR减振器的优缺点，基于所建立的理论模型设计加工了MR减振器样机并进行了相关台架试验，获得了样机的示功图与速度特性曲线，结果表明所设计样机性能达标，理论值与试验结果相吻合，说明所建立的数学模型准确有效。
其次，提出一种新型MR减振器。
该减振器具有环形磁路，磁路结构简单，由4个弧形螺线管组成，可以解决双级线圈MR减振器阻尼通道磁场分布不均匀、不利于行程优化等缺点。
以双级线圈MR减振器样机为设计目标，对环形磁路MR减振器进行了结构设计与参数选择。
然后利用改进的非支配排序遗传算法（NSGA-II），以减振器响应时间γ、能耗P、最大行程S以及动力可调系数λ作为优化目标，相关性能要求与空间限制为约束条件，对环形磁路MR减振器进行参数优化，根据优化结果，选取最优设计参数。
最后，对环形磁路MR减振器进行Ansoft磁场有限元分析，结果显示阻尼通道内磁场分布均匀，边缘磁场迅速减弱，漏磁较少。
通过减振器性能仿真，发现在活塞长度较小的前提下，新型减振器的性能达到并超越了双级线圈MR减振器，证明了新型结构的先进性。
通过对阀式MR减振器的研究，发现环形磁路MR减振器在磁场分布以及行程优化上较双级线圈MR减振器存在较大优势，具有实际应用价值，为汽车MR减振器的研究开发提供了新的思路。
磁流变弹性体剪切工作模式减振结构的设计【开题报告】
毕业论文开题报告机械设计制造及其自动化磁流变弹性体剪切工作模式减振结构的设计1选题的背景与意义针对磁流变液有易沉降，稳定性差，颗粒易磨损等缺点，人们开发了新型磁控智能材料—磁流变弹性体(MRE)。
它是将微米级软磁性颗粒如羰基铁粉分散在橡胶或硅油中形成特定结构后固化制备而成的。
磁流变弹性体力学、电学诸性能将随所加磁场强度变化而变化。
由于它兼有磁流变材料和弹性体的优点，响应快，可逆性好，可控能力强等又克服了磁流变液沉降、稳定性差等缺点，因而近年来成为磁流变材料研究的一个热点。
它可以广泛应用于机械传动，机器人和智能执行机构，尤其是在减振方面的应用等领域，完成一些传统机械结构难以实现的功能。
2研究的基本内容与拟解决的主要问题2.1磁流变弹性体材料特性及已有减振应用方法。
2.2建立磁流变弹性体减振系统理论模型。
2.3研究提出剪切工作模式下基于磁流变弹性体的减振结构设计方案。
2.4完成剪切模式下减振结构的零件图以及装配图的任务，并进行必要的设计计算。
3研究的方法与技术路线如图１所示4研究的总体安排与进度2010.12.05至2010.12.15阅读文献，总结分析。
2010.12.15至2010.12.25查阅国内外文献，分析总结磁流变弹性体减振结构设计方案，完成文献综述与开题报告。
2010.12.25至2010.03.15研究剪切工作模式下基于磁流变弹性体的减振结构设计方案，并完成外文翻译工作。
2010.03.15至2010.04.15完成减振结构装配图及部分零件图，并进行必要的设计计算。
2010.04.15至2010.05.01撰写论文准备答辩。
图１参考文献[1]Shiga, T., Okada, A., Kurauchi, T. Magnetro-viscoelastic Behavior of Composite Gels. Journal ofApplied Polymer Science, 1995, 58:787-792.[2]Jolly, M.R., Carlson, J.D., Munoz, B.C., et al. The Magnetoviscoelastic Response of ElastomerComposites Consisting of Ferrous Particles Embedded in a PolymeMatrix.Journal of Intelligent Material Systems and Structures, 1996, 7: 613-622.[3]J.M.Ginder, M.E.Nichols, et al. Magnetorheological Elastomers: Properties and Applications.Proceedings of SPIE (1999), 3675. pp.131-138.[4]L.C.Davis. Model of Magnetorheological Elastomers. Journal of Applied Physics, 85(6), 1999.pp.3348-3351.[5]Bossis, G.., Abbo, C. Electroactive and Electrostructured Elastomers. International Journal ofModern Physics B, 2001, 15(6&7):564-573.[6]Bednarek,S. The Giant Magnetostriction in Ferromagnetic Composites within an Elastomer.Applied Physics A, 1999, 68:63-67.[7]S.A.Demchuk, V.A.Kuz’min. Viscoelastic Properties of Magnetorheological Elastomers inthe Regime of Dynamic Deformation. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 75(2),2002. pp.396-400.[8]Lokander, M., .Stenberg, B. Performance of isotropic magnetorheological rubber materials. PolymerTesting, 2003, (22): 245-251.[9]M.Lokander, B.Stenberg. Improving the Magnetorheological Effect in Isotropic MagnetorheoligcalRubber Materials. Polymer Testing 22, 2003. pp.677-680.[10]Liliana Borcea , Oscar Bruno. On the Mgneto-elastic Poperties of Elastomer–ferromagnetComposites. Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 49, 2001. pp.2877-2919.[11]Tetsu Mitsumata, Kenta Furukawa, Etienne Juliac, Kenji Iwakura, and Kiyohito Koyama,Compressive Modulus of Ferrite Containning Polymer Gels, International Journal of ModernPhysics B, Vol. 16, Nos. 17 & 18 (2002)2419-2425[12]Malcolm J.Wilson, Alan Fuchs, Faramarz Gordannejad Development and Characterization ofMagnetorheological Polymer Gels, Journal of Applied Polymer Science, V ol.84,2733-2742 (2002)[13]李剑锋，龚兴龙，张培强等，硅橡胶基磁流变弹性体的研制[J].功能材料，2006,6(37):1005-1012.[14]方生，龚兴龙，张培强等，磁流变弹性体力学性能的测试与分析[J].中国科学技术大学学报，2004,34(4):456-463.[15]王桦，周刚毅，张培强等，磁流变弹性体剪切性能的动态实验研究[J].实验力学，2004,19(1):1-5.[16]龚兴龙，李剑锋，张先舟等，磁流变弹性体力学性能测量系统的建立[J].功能材料，2006,5(37):733-735.[17]邓华夏，龚兴龙，张培强等，磁流变弹性体调频吸振器的研制[J].功能材料，2006,5(37):790-792.。
摩托车磁流变阻尼器设计研究
通道内的磁 流变体 ； 活塞在缸体 内作往复直线运动 ， 利用线圈产生的磁场控制磁流变体在环形阻尼通道 内的运动特性 ， 改变阻尼器上下腔间的压差 ， 从而实
现对阻尼力 的控制 ．
式（ ）（ ） （） １ 、２ 、３ 联立求解 ， 得
收稿 日期 ：０ ５— ７—２ ． ２０ ０ ６ 作者简 介 ： 周玉丰 （９ ３ ） 男， １７ 一 ， 硕士 ， 师， 讲 主要从 事磁 流 变液的应用研 究
式中： 、 分别是主体缸体与外部蓄能器连接部 分入 口和出 口损耗 系数 ； Ｐ为流 体密 度 （／ ｍ ） ｇ ｃ ．
因此 ， 到阻 尼力 为 得
凡 【 （ 一 ） 监 号 一 彻ｊ （ ］
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由流体 力学可 推导 得
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阻尼器工作原理以及阻尼力计算模型 ． 就国内磁流 变阻尼器设计的研究现状而言 ，对摩托车磁流变阻 尼器的研究还少有相关 的文献报道 ． 本文采用磁流 变液作为阻尼材料， 设计制作 了一种适合于摩托 车
１ 一蓄能器 ； 一挡板 ； 一 活塞 ； 一线圈 ； 一 活塞环 ；一 阻尼 ２ ３ ４ ５ ６
平行结构的 Ｂｎｈ ｍ模 型阻尼 器阻尼 力的计算表达 式 ，设计制作 了单 出杆磁流 变阻尼器 ，并对其 阻尼特性进行 ｉｇａ
了实验研 究 ．实验表 明 ： 实验结果与理论分析结果相吻合 ， 其设计原理和分析方法是正确可行的 ； 该磁流 变阻尼 器有较好的可控性 。 能满足摩托车的使用要求 ． 关键词 ： 磁流 变液 ； 摩托 车 ； 阻尼器 ； 阻 ， 吴
磁流变液减振器结构设计及仿真结果分析
磁流变液减振器结构设计及仿真结果分析由于结构设计和磁路仿真是一个相互优化的过程，首先通过理论确定基本参数，然后通过磁路仿真设计磁路，通过修改设计参数来优化磁路，最终确定具体尺寸。
基本结构如图1所示。
一、基本结构设计图1 减振器的基本结构(1) 磁流变液减振器阻尼力：根据宾汉姆模型，考虑到压力补偿00203123sgn()4p g gp p y F PA P A F F P A LQ L d A A v P Dh h ητπηππτ=∆+=++=++ 当活塞拉伸时，活塞有效作用面积应为()224p D d A π-=，当活塞压缩时，活塞的有效作用面积为24p D A π=。
p Q A v =为流速，,D d 分别为活塞杆外径内(2) 已确定的尺寸：根据最大阻力和缸内的最大强度近似估计工作缸的直径:由公式1D = 取减振器拉伸行程的最大卸荷力max 2500F N =，缸内最大容许压力[]4P MPa =，0.3λ取，得出1=30D ，由此得d=9，若取d=12.4，反算max =2344N F ，仍然满足要求。
工作缸内径130D =，活塞头直径D=28，活塞杆直径d=12.4；工作间隙h=1(3)有效长度： 我国公路路面B, C 及路面占的比重大，建立普通减振器仿真模型，可知减振器的速度一般在O.15m/s 以下，所以根据减振器实验结果，设在O.15m/s,I=OA 时，压缩阻尼力为360N()222203336044L D d d F v p Dh πηπ-=+=零场粘度η=0.8，气体压力02p MPa =,v=0.15m/s由此得出有效长度30L =(4)线圈匝数：当工作电流为2A 时，最大可调阻尼力()22max 3360234436019844y L D d F F N h τπτ-==-=-=44.5y k P a τ=由MRF-J01磁流变液y B τ-曲线最小二乘法拟合得：140y B τ=由于活塞、缸筒等材料的磁导率要比磁流变液高出许多，相对气隙的磁阻来说很小，可以忽略。
磁流变材料阻尼器的结构设计与性能研究
磁流变材料阻尼器的结构设计与性能研究磁流变材料阻尼器是一种先进的阻尼器，在波浪荡漾、地震或机械振动等方面有广泛的应用。
它能够通过施加磁场来改变其内部阻尼阻力，以达到减振和减震的效果。
在本文中，我们将探讨磁流变材料阻尼器的设计和性能研究。
一、磁流变材料阻尼器的工作原理磁流变材料阻尼器的工作原理基于其材料本身的特性。
其外观类似于一个圆柱形的管子，内部则填充有磁流变材料。
当施加磁场时，磁流变材料会发生磁致变形，从而改变管子内部的液体位置和流动。
在运动过程中，液体会产生阻力，从而达到减震和减振的作用。
二、磁流变材料阻尼器的性能研究磁流变材料阻尼器的性能研究涉及到其结构设计和使用效果。
以下是该阻尼器的性能分析：1、阻尼器的结构设计阻尼器的结构设计对其性能具有重要影响。
通常，设计者会考虑以下主要因素：外部形状、内部填充材料和磁场生成器。
以外部形状为例，可以设计成不同形状，如梯形、V形或菱形。
这些形状对于磁流变材料的分布和内部阻尼效果具有明显的影响。
此外，内部填充材料的选择也至关重要，不同的材料具有不同的粘度和导电性能，因此对阻尼器的实际性能会产生重要的影响。
2、使用效果的测试除了设计结构以外，测试阻尼器的使用效果同样至关重要。
例如，可以通过实验来测量阻尼器在减震和减振方面的效果以及其对于振动频率和波形的响应。
此外，还可以对阻尼器的耐久性进行测试，以确保其能够在长时间内稳定工作。
三、磁流变材料阻尼器的应用磁流变材料阻尼器广泛应用于工业和车辆领域，如摩托车减震器、建筑物和桥梁结构减震器、汽车悬挂器等等。
在汽车领域，磁流变材料阻尼器已经被广泛应用于各大汽车制造商的高端品牌车型。
例如，美国福特公司的F-150皮卡车已经采用了该技术。
磁流变材料阻尼器可以大幅度提高车辆的行驶舒适性和安全性，从而更好地吸引消费者。
四、结论磁流变材料阻尼器是一项重要的技术，其在各大领域的应用也正在不断增加。
设计良好的阻尼器不仅可以提高机器和设备的性能，还可以减少因振动产生的损坏和磨损。
三阶段叶片式磁流变液减振器设计与磁路仿真
５ Ａ ｃｒｉ ｔ ｏｅ ｆｔ ｒ ａ Ｐ ｎ ’ ｄ ｃ ｎ ｉ ｏ ｐ ｒ ｈ ｅ ｒ ， ｎ ｔ ｔ ｅｍ ｇｅｃ ｃｏｄ ｇ ｏ ｎ ｈ ｐｉ ｒ ｇ Ｙｏｅｓ ｅ ｉ ｃ ｓ ｍ ａ ｄｗ ｈ ｈ ｏ￣ ｅ ｅ ｈ ａｎｔ ９ ｎ ｏ ｅ ｍ ｙａ ｐ ｆ ｅ ｅｃ ｉ ｅ ｔ ｉｃ ｏ ａ ｔ ｈ ｉ ２ｆ ｘｄｎｉ ｅｇ ｎｔ ｔ ｎ ｎｕｈ￡ ｄｓ ｎｏ ｈｅ ｐ ａ ｓ ａｅＭ Ｆｄｍ ｅ ｗｔ ｔ ｇｎ ｕ ｅｓｙｉ ｔ ａ ｉ ’ ｓｏｇｅｏｇ ， ｅｉ ｒ ｈｓ ｎ Ｒ ａ ｐ ｒ ｉ ｅｔ ｌ ｔ ｎｈ ｐ ｓ ｒ ｇ ｆｔ ｅ ｅｖ ｈ ａ ｎ
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【 要】 摘 介绍了车用缝隙式阻尼型和孔式阻尼型叶片 ＭＲ Ｆ减振器的磁路设计方案， 并针对缝隙式 ５
而制 成 的磁 流 变 液减 振 器 （ 称 ＭＲ Ｄ）具 有 能耗 低 、 简 Ｆ ， 出力 大 、 响
被迫从叶片一侧的高压工作腔通过 间隙（ 对于缝 隙式阻尼型为叶 片与壳体 间的缝 隙， 对于孔式阻尼型为叶片中的小孔 ） 进入另一
侧 的低压 工作 腔 ， 形成叶片的运动阻力 ； 由于流过间隙的磁 流变
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摩托车磁流变减振器的设计
摩托车磁流变减振器的设计摘要：磁流变液能够智能化地控制摩托车的减振效果，在摩托车减振器的设计上有重要的应用。
该文对磁流变液及流变特性进行研究，以磁流变减振器的工作模式为基础，进行摩托车磁流变减振器的设计。
关键词：磁流变；减振器；摩托车磁流变材料的工作电压最大只有几十伏，有效克服了电流变材料要求的高压特性；另外，磁流变材料的剪切屈服应力远远优于电流变材料，加之对杂质影响不敏感的特性，磁流变材料在结构振动控制以及车辆工程等领域有很大的优势。
一、磁流变液减振器的工作原理磁流变减振器是一种新型智能减振器，利用不同电流控制不同磁场，进而得到不同的阻尼特性。
它的工作模式主要有流动模式、剪切模式和挤压模式[5]。
流动模式的减振器上下板固定，在压差作用下磁流液流过间隙，通过不同的磁场强度得到不同的流动阻力。
剪切式减振器两板间有相对移动或转动，可连续改变切应力与切应变率[6]。
二、磁流变及流变特性一些特殊的液体当受到外加磁场的作用时，它们的流体特性会产生显著改变，达到阈值的磁场甚至会导致流体固化；一旦外加磁场被移除，流体又恢复原来的特性；这样的流体被称为磁流变体，这种效应被称为磁流变效应。
磁流变效应产生的机理主要有两种理论[1]：相变理论和场致偶极子理论。
相变理论的观点是：当没有外加磁场时，磁极化粒子的运动轨迹只受热运动的影响，运动状态是随机的；一旦外加磁场的强度达到一定阈值，磁极化粒子就会被极化，此时磁场和热运动的相互作用会使粒子变得有序，当外加磁场足够强时，这种顺序就会变为长链，最终导致固态相的产生。
场致偶极矩的观点是：外加磁场导致磁极化粒子磁化成磁偶极子，而且这些磁偶极子相互成链。
磁流变体的连续相（载体液）主要有两种：非极性的和有极性的。
顾名思义，非极性的连续相很少会受到磁场的影响；而有极性的连续相会因为外加磁场的作用而导致极性分子产生有序化。
磁流变体的分散相的极化有粒子体内极化、粒子表面双电层极化以及界面极化：粒子体内极化主要表现为电子、离子的位移极化和偶极子的转向极化；双电层极化是粒子表面的电荷层在磁场作用下产生的电荷不均匀分布；界面极化主要指的是分散相粒子在连续相界面处因为磁化率不同导致的不均匀分布。
磁流变液减震器的设计开发和试验验证
磁流变液减震器的设计开发和试验验证
周鋐;郭岩峰;闵坚;陈栋华
【期刊名称】《中国工程机械学报》
【年(卷),期】2007(005)001
【摘要】首先根据磁流变液减震器工作原理,即磁流变液减震器通过线圈电流改变磁场调节磁流液在阻尼通道中的流动实现对减振器阻尼力的控制,并根据此原理试制出了减震器.其次根据减震器试验标准,对设计的减震器进行台架试验;在试验过程中对力传感器和位移传感器进行了标定,然后采集力信号及位移信号,并对试验数据进行了分析.
【总页数】4页(P82-85)
【作者】周鋐;郭岩峰;闵坚;陈栋华
【作者单位】同济大学,中德学院,上海,200092;同济大学,中德学院,上海,200092;同济大学,中德学院,上海,200092;同济大学,中德学院,上海,200092
【正文语种】中文
【中图分类】TH13
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帮
5.新型机床磁流变减震器的设计及其减震性能研究 [J], 刘薇娜;吴欣宇
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车用磁流变减振器的磁路设计
车用磁流变减振器的磁路设计
陈昆山;袁善发;刘韶庆;姚斌
【期刊名称】《拖拉机与农用运输车》
【年(卷),期】2007(34)4
【摘要】磁流变减振器磁路的设计是减振器设计中较为重要的一步,为使磁路的设计思路更加完善,对影响磁路性能的各关键问题应进行比较细致的分析。
选择合理的磁路参数和设计方法决定着减振器的设计能否满足性能要求,利用有限元分析软件ANSYS对设计的磁路结构进行了仿真,结果表明设计的磁路结构满足性能要求,磁路设计方法较为合理,通过分析仿真结果可对磁路结构进一步优化,使设计的磁路结构性能得到最大的发挥。
【总页数】3页(P79-81)
【关键词】磁流变减振器;磁路设计;磁路优化;有限元分析
【作者】陈昆山;袁善发;刘韶庆;姚斌
【作者单位】江苏大学汽车与交通工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】U463.33
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5.馈能型磁流变减振器磁路设计与特性研究 [J], 寇发荣; 郝帅帅; 李立博; 王睿因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
浅析磁流变阻尼减震器的工作原理
安徽机电职业技术学院毕业论文浅析磁流变阻尼器工作原理系别专业班级姓名学号2013 ～ 2014 学年第一学期目录摘要 (Ⅰ)第一章绪论 (1)1.1课题背景 (2)1.2磁流变技术的研究与发展 (4)第二章磁流变阻尼器工作原理及结构模式 (7)2.1磁流变阻尼器的工作模式 (7)2.2磁流变阻尼器的基本结构 (7)2.3磁流变减震器的构造及工作原理图 (11)第三章磁流变阻尼器的设计 (13)3.1磁流变阻尼器设计准则 (13)3.2磁流变阻尼器的结构参数的计算 (13)3.3磁流变阻尼器的优化设计 (15)第四章磁流体阻尼器在车辆上的具体应用 (18)4.1磁流变阻尼器在悬架系统中的应用和发展情况 (18)4.2磁流体阻尼器在车辆半主动悬架上的应用 (19)4.3可调磁流体阻尼器的发展 (19)摘要磁流变液（Magnetorheological Fluid简称MRF）是一种智能材料。
在磁场作用下，它能在液态和类固态之间进行快速转化。
同时转化的过程是可控、可逆的。
具有在外加磁场作用下快速可逆地改变流体性能的特点。
磁流变液与过去常用的电流变液相比，具有许多优点: （1）屈服应力更大（2)温度范围宽（3）稳定性好（4）在装置中用量较小，使用装置紧凑、质量更轻（5)安全性高，因而可以广泛应用于航空航天、机械工程、汽车工程、精密加工工程、控制工程等领域。
本文研究了磁流变磁流变液材料的组成、磁流变液效应及其主要特征、磁流变液的主要性能的基础上，在根据阻尼力的要求和机械设计基本理论，确立了磁流变阻尼器的基本结构参数尺寸及主要部件的选用，并以此为基础进行了磁路设计，得出了活塞的磁路结构。
在机械设计基本理论的指导下，计算得出磁流变阻尼器的结构参数尺寸，并应用AutoCAD制图软件，画出了磁流变阻尼器的装配图，分析影响磁流变阻尼器工作性能的主要因素。
本文同时研究了磁流变阻尼器的工作原理，先对磁流变液和磁流变阻尼器的发展及应用趋势及其在汽车悬架控制技术中的应用发展情况进行研究。
磁流变弹性体挤压工作模式减振结构的概念设计及系统分析【开题报告】
毕业论文开题报告机械设计制造及其自动化磁流变弹性体挤压工作模式减振结构的概念设计及系统分析一、选题的背景与意义：磁流变弹性体(Magnetorheological Elastome)是由高分子聚合物(如橡胶等)和铁磁性颗粒组成，混合有铁磁性颗粒的聚合物在外加磁场作用下固化，利用磁流变效应（即铁磁性颗粒在磁场方向形成链或柱状聚集结构），使颗粒在基体中形成有序结构。
由于磁流变弹性体固化后的有序结构根植在基体中，因此它的力学、电学、磁学诸性能可以由外加磁场来控制。
它兼有磁流变材料、磁性橡胶和弹性体的优点，又克服了磁流变液沉降、稳定性差、颗粒易磨损等缺点，因而近年来成为磁流变材料研究的一个热点。
20世纪4O年代，科学研究工作者发现了磁流变现象，即在外加磁场下，磁流变弹性体的流变特性会随外加磁场强度的变化而变化。
随着对磁流变弹性体的研究的深入，人们发现其刚度在外加磁场的增加时，会显著增加；当外加磁场撤去时，磁流变体又恢复到原来的状态，并且其响应时间仅为几毫秒。
由于磁流变弹性体减振器具有体积小、功耗少、阻尼力大、动态范围广、频率响应高和适应面宽的优点。
特别是避免了传统的被动式减振器适应性差和主动减振器控制算法复杂和控制器稳定性问题。
使之成为磁流变弹性体重要的应用和研究领域之一。
目前国际上研究出很多基于磁流变弹性体的减振器。
尽管在形式上各不相同，但可以总结为3大类：压力驱动模式、剪切模式和挤压模式。
基于挤压式减振器小位移大阻尼的特点，多应用于精密仪器(天平，光学设备等)消除外界振动噪声的干扰。
由于磁流变弹性体的研究还处于初步阶段，且磁流变弹性体减振器是最近几年刚刚兴起，还没有较为完善的理论体系。
目前对其的研究大多是以试验为主，尽管试验有较高的针对性和准确性。
但由于试验普适性差，很难对减振器的初步设计有参考和指导意义。
开展对磁流变弹性体在挤压模式下的减振结构概念设计的理论模型的分析和理论研究已非常迫切。
二、研究的基本内容与拟解决的主要问题：本课题研究的基本内容主要包括以下几个方面：1.查阅与磁流变弹性体研究和振动控制研究有关的国内外文献资料，然后进行整理、归纳和总结。
磁流变液减震器的设计开发和试验验证
收稿日期:2006-10-20作者简介:周 金宏(1952-),男,高级工程师,博士生导师.E -mail:zhouhong@mai 磁流变液减震器的设计开发和试验验证周 金宏,郭岩峰,闵 坚,陈栋华(同济大学中德学院,上海 200092)摘要:首先根据磁流变液减震器工作原理,即磁流变液减震器通过线圈电流改变磁场调节磁流液在阻尼通道中的流动实现对减振器阻尼力的控制,并根据此原理试制出了减震器.其次根据减震器试验标准,对设计的减震器进行台架试验;在试验过程中对力传感器和位移传感器进行了标定,然后采集力信号及位移信号,并对试验数据进行了分析.关键词:磁流变减震器;工作原理;台架试验;标定;分析中图分类号:T H 122 文献标识码:B 文章编号:1672-5581(2007)01-0082-04Design and verification of the magnethorheological damperZ H O U Hong ,G UO Yan -f eng,MIN Jian,C H EN Dong -hua(Chinese -German S chool,Tongji University,Shanghai 200092,China)Abstract :In this paper,a novel damper is developed based on working principles of the m agnethorheological (MR)damper,viz.,based on the notion that the coil current can alternate the magnetic field,the mag -nethorheological liquid flow is adjusted in damping channels so as to control its damping forces.Afterw ards,a bench test is conducted according to damper testing standards.In the testing process,a dynamom eter and a displacem ent transducer are demarcated.Finally,the force and displacement signals are sampled and ana -lyzed.Key words :m agnetorheolog ical damper;w orking principle;bench test;demarcation;analysis目前一般使用的减震器为固定的橡胶减震器,这种减震器只能适应某一特定的运行状况.为了提高行驶安全性及舒适性,必须设计一种能够适应不同行驶状况的减震器.为此目的开始研究主动减震器及相应的试验台.通过应用磁流变液来实现所要求的主动特性.磁流变减震器是一种阻尼可控器件,其工作原理是调节励磁线圈中的电流获得不同强度的磁场,使阻尼通道中磁流液的流动特性发生变化,从而改变减振器的阻尼力.磁流变减振器具有调节范围宽、功耗低、响应速度快、结构简单等特点,在汽车、建筑、航空航天等领域具有广阔的应用前景.1 磁流变液减震器的设计及制造1.1 传统磁流变阻尼器的结构和工作原理磁流变阻尼器是以磁流变体这种新型的智能材料作为阻尼器的工作液,称之为磁流液,并在阻尼器的活塞轴上缠绕电磁线圈,线圈产生的磁场作用于磁流液,通过控制电磁线圈电流的大小来改变磁流液的屈服应力,实现阻尼可调的目的.根据磁流液在阻尼器中的受力状态和流动形式的不同,磁流变阻尼器可分第5卷第1期2007年1月中 国 工 程 机 械 学 报CHINESE JOURNAL OF CONSTRUCT ION MACHINERY Vol.5No.1 Jan.2007为流动模式、剪切模式、挤压模式以及这三种基本模式的任意组合.流动模式的磁流变阻尼器简化结构如图1a 所示,其上下极板固定不动,磁流液被限制在静止的两磁极之间,在压差作用下磁流液流过极板间隙,而流动阻力则通过磁场强度来控制.这种结构的阻尼器最为简单,但同等条件下最大阻尼力较小.剪切式磁流变阻尼器的简化结构如图1b 所示,磁极间有相对运动(移动或转动),这种运动使磁流液处于剪切状态,靠流体间的磨擦作用带动流体运动,通过改变磁场可连续改变切应力与切应变率的特性.挤压模式磁流变阻尼器的简化结构如图1c 所示,磁极在与磁场几乎平行的方向上移动,磁流变液处于交替拉伸、压缩状态,并发生剪切.虽然磁极的位移量较小(几毫米以下),但是产生阻力却很大,由于一个磁极要做与磁场平行的运动,所以该类阻尼器结构较为复杂[1].图1 磁流变阻尼器的基本工作模式Fig.1 Basic work model of the magnethorheological damper剪切阀式磁流变阻尼器工作于剪切和流动的组合模式,兼有剪切模式和流动模式的优点,具有结构简单、磁路设计比较方便、出力大等优良特性,应用前景更为广阔.其工作原理为阻尼器内腔充满了磁流液,活塞在工作缸内作往复直线运动,活塞与缸体发生相对运动,挤压磁流液迫使其流过缸体与活塞间的间隙时,在没有磁场作用下,磁流液以牛顿流体作粘性流运动,符合牛顿流体的本构关系;当加上磁场后,磁流液就会瞬间由牛顿流体转变为粘塑体,粘度呈数量级地提高,流体的流动阻力增加,表现为具有一定屈服应力的类似于固体的本构关系.此时磁场对磁流液材料的作用可用宾汉姆体(Bingham )本构关系进行如下描述:= y (B)sg n ( )+ , y=0, < y(1)式中: y 为与磁场有关的临界屈服应力;B 为磁感应强度; 为磁流液的塑性粘度; 为剪切率.根据剪切阀式磁流变阻尼器的结构,利用平板计算模型,可得阻尼力的计算公式为F(t)=12 LA2p Dh 3+L D h u (t)+3L A ph +L D y sgn [u(t)](2)图2 减震器装配图Fig.2 Installation diameter of the magnethorheological damper式中: 为磁流液的动力粘度;L 为活塞的长度;A p 为活塞受到压力的有效面积;D 为活塞的直径;h 为空气间隙(工作间隙)厚度;u(t)为活塞与缸体的相对流速.由式(2)可以看出剪切阀式磁流变阻尼器的阻尼力可以看作两项,其中第一项与流体的动力粘度和流速有关,基本反映的是普通流体的粘滞特性,可称之为粘性阻尼力;第二项与流体的屈服剪应力有关,可称之为库仑阻尼力,是磁流变阻尼器的可调阻尼力,反映了磁流变阻尼器特殊的电控特性[2].1.2 减震器的结构设计本文设计的减震器是基于流动模式,如图2所示.该减震器由左右轴、盖板密封、金属泡沫、壳体、线圈、线圈支架、盖板、防尘圈、防尘圈盖板、导向带、密封圈、油孔、端板、中间板、套筒及活塞杆组成.左右轴与活塞杆通过螺纹连接起来,然后通过两个端板及中间板将两个金属泡沫压紧,这样活塞杆运动的时候同时能带动金属泡沫一起运83 第1期周 金宏,等:磁流变液减震器的设计开发和试验验证动.首先通过油孔将磁流液注入减震器内,在注入的时候要分几次进行,要等上次注入的磁流液完全进入金属泡沫内再接着注入,直到加满为止.然后拧紧油孔螺帽,在螺帽和油孔之间要加上密封圈,防止减震器运动的时候磁流液外泄.在线圈两端接上电流,通过改变电流来改变金属泡沫内的磁场强度,进而可以改变减震器的阻尼力.2 磁流变减震器试验及数据分析前文对磁流变减震器工作原理做了理论分析,本节主要对该减震器进行试验及试验数据分析研究.图3 减震器试验台图Fig.3 Diagram of of the m agnethorhe -ological damper s test bed 2.1 试验台设计图3是本文设计的减震器试验台架,主要包括激振器、减震器支架、位移传感器、力传感器.首先将减震器的左端通过螺栓与力传感器的右端连接起来,然后将力传感器的左端与激振器的右端连接起来.同样,减震器的右端通过螺栓与位移传感器的左端连接起来.值得注意的是,要将减震器的活塞杆置于中间位置,保持两边对称.使用正弦信号发生器产生正弦信号,正弦信号经功率放大器放大后接入激振器,那么激振器就可以带动减震器来回振动了.激振器的最大行程为13mm,能产生的最大作用力为445N.通过位移传感器及力传感器可以将测量过程中的位移信号和力信号记录下来,通过Matlab/XPC 数据采集系统可以对数据进行采集及记录.最后通过M atlab 对数据进行处理分析[3].2.2 传感器标定2.2.1 位移传感器标定在测量之间必须对位移传感器进行标定.使用三坐标铣床对位移传感器进行标定.三坐标铣床的测量精度为0.01mm,这对于位移传感器标定来说精度已经足够了.首先将位移传感器的一端固定在铣床的基座上,然后将传感器的活动端固定在铣床的钻头上,这样铣床运动多少传感器就会运动多少,从而可以借助铣床对位移传感器进行标定.图4 位移传感器标定Fig.4 Displacement sensor s calibration 标定时首先将位移传感器调到中间位置,记录下当时的电压值,然后使铣床沿z 轴向上运动,每次向上运动1mm,都要记录下当前的电压值.当铣床向上运动10m m 后停止,然后反方向运动,仍然要记录当前的电压值,将往返两次的电压值做算术平均,这样就可以得到位移与电压的关系,标定结果如图4所示.从图4中可以看出,在-7~+2mm 之间传感器线性较好,在测量时可以使用这一段.本文设计的磁流变液减震器行程为6mm ,所以此位移传感器的线性范围已经足够.2.2.2 力传感器标定将力传感器竖直放在台架上,上面不加任何载荷,用XPc 记录下1min 内的电压值,将此时的电压值进行调零;然后在传感器上放置1kg 标准铁块,同样用XPc 记录下1min 内的电压值,这个电压值就是10N 力对应的数值.这样就完成了对力传感器的标定.2.3 测量结果分析测量直接得到的数据有很多毛刺,要对测量结果进行分析,首先应该对数据进行拟合.图5是典型的测量结果曲线和拟合后得到的曲线.单次测量只能记录某一固定频率、固定电流值时的位移信号及力信号,为了对测量结果进行比较,必须使用不同的激振频率及电流值.首先将电流调为零,此时磁流液就是简单的牛顿流体,改变频率,从3Hz 逐渐增加到10Hz,记录不同频率下的最大阻尼力,然后不断增大电流,依次为0.5,1.0,1.5,2.0,2.5A,对于每一个电流值,重复上述过程,不断增加频率,同样记录该电流值、该频率下对应的最大阻尼力.最后84 中 国 工 程 机 械 学 报第5卷将通上不同电流时测量出来的最大阻尼力减去没有电流时相应频率下的最大阻尼力,就可以得到对比曲线,如图6所示[4].图5 3Hz 时力信号测量曲线及拟合曲线Fig.5 Measure curve and fitting curve offorce signal in 3Hz 图6 不同电流时最大阻尼力改变量Fig.6 Variation of maxim um damping force in different electrical currents从图6可以看出,随着电流的增加,最大阻尼力不断增加.当通上电流时,磁流液就由牛顿流体转变成宾汉流体,从而表现出磁流变效应.随着电流的不断增大,磁流变效应越来越明显,这是由于磁流液的屈服应力不断增大,而磁流液必须首先克服此屈服应力才能流动,从而导致最大阻尼力不断增加.图7 5Hz 时不同电流对应的力位移曲线Fig.7 Force -placement curve corresponding different electrical currents in 5Hz另外频率对最大阻尼力也起着一定的作用,从图6可以看出,当频率从3H z 增大到7Hz 的过程中,最大阻尼力不断增加,这是由于随着频率的增加,运动速度越来越快,从而需要更多的能量来使减震器振动,导致最大阻尼力增加.但是当频率大于7H z 的时候,最大阻尼力反而随着频率的增加而降低.从图6中明显可以看出,激振频率为10H z 时,最大阻尼力下降很多.在前面章节已做过介绍,当线圈通上电流时,磁流变液中的磁性颗粒就会形成链状结构,由于这种链状结构的存在导致产生磁流变效应,从而使最大阻尼力增加,但是如果频率过高的话,这种链状结构就会遭到破坏,导致最大阻尼力下降.由此可见,试验测量的结果和建立的理论模型完全吻合.从图7对试验得到的力位移曲线可以看出,随着电流的增加,位移不断变小,最大阻尼力不断增加.这也与建立的理论模型一致.3 结语综上所述,通过试验得到的结果与前面章节进行的理论分析相一致,通上电流后,磁流变减震器的最大阻尼力明显增加,可以通过改变线圈电流从而改变减震器的阻尼特性.这就意味着,如果电流可控的话,那么磁流变减震器的阻尼力也是可控的,这对车辆减震有着重要的意义.参考文献:[1] 汪建晓,孟光.磁流变液研究进展[J].航空学报,2002,23(1):6-12.W ANG Jianxiao,M ENG Guang.Research of magnethorheology[J].Aviation Journal,2002,23(1):6-12.[2] W INS LOW W M.M ethod and means for translati ng electrical impulses i nto mechanical force:USA,2417850[P].1947-05-08.[3] W INS LOW W M.Induced fi bration of suspensions[J].Journal of Appli ed Physics,1949,20(9):1137-1140.[4] 余心宏,马伟增.磁流变减振系统参数辨识[J].化学物理学报,2001,14(5):65-88.YU Xinhong,M A Weizeng.Parameter identification of magnethorheological damper[J ].Ch emistry Physics Journal,2001,14(5):65-88.85 第1期周 金宏,等:磁流变液减震器的设计开发和试验验证。
基于磁流变技术的振动压路机的减振器设计
基于磁流变技术的振动压路机的减振器设计橡胶减振器是目前市面上大多数振动压路机使用的减振器，其原理是利用橡胶剪切运动过程提供阻尼力达到压路机的减振作用，但是传统橡胶减振器缺乏有效的控制结构，且响应速度慢等缺点一直没办法得到很好的解决。
上世纪40年代起，一种新型智能材料磁流变液的提出为减振器的发展带来契机，到90年代磁流变技术陆续有相关应用面世。
磁流变液是一种随加载磁场强度变化而变化的流体，在无磁场环境下表现为流体状态，而在强磁场作用下转换为固态，且这一过程是可逆的。
本文介绍了新型智能材料磁流变液在磁场作用下的磁流变效应，并介绍相关磁流变减振器的工作原理。
将磁流变液的这种特性应用在振动压路机的减振器上，结合通用振动压路机的橡胶减振器结构来设计一种磁流变橡胶减振器。
对振动压路机的不同工作路面条件，通过控制励磁场对磁流变橡胶减振器的阻尼力实现可调控制，最大限度降低振动轮对压路机机架的振动传递，为振动压路机操作者提供更加稳定舒适的驾驶环境。
通过分析磁流变减振器主要影响参数，对减振器结构进行参数化设计。
再结合有限元分析软件，分析减振器内部磁场分布，通过模拟数值仿真得出影响阻尼力调控的主要参数，并进行相关参数优化分析。
第1章绪论1.1 课题背景随着现代科学技术的飞速发展，工程机械趋向于人性化，越来越多的工程机械的设计更注重操作方便性与舒适感。
对于振动压路机来说，减振器的研究有助于为操作者提供稳定舒适的驾驶环境，减轻驾驶员的疲劳程度。
振动压路机是工程应用中广泛使用的机械设备，其工作原理是通过振动轮的强制振动施加于修筑的道路，使路面受到有规律的振动，提高了振实密度，延长了道路的使用寿命。
减振器的性能影响工程机械的性能，因此也成为各大工程机械厂商角逐的一项技术。
本课题主要研究磁流变特性在振动压路机减振工程中的应用，相对于目前大多数的振动压路机所采用的橡胶减振器阻尼力不可调控、响应速度慢、耐温性、抗腐蚀性能差等缺点，磁流变减振器具有阻尼力可调控范围宽，响应速度快，对环境无污染等优点[9]。
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摩托车磁流变减振器的设计
发表时间：2019-04-11T16:25:59.860Z 来源：《电力设备》2018年第30期作者：郑丽萍
[导读] 摘要：磁流变液能够智能化地控制摩托车的减振效果，在摩托车减振器的设计上有重要的应用。
(湛江德利车辆部件有限公司)
摘要：磁流变液能够智能化地控制摩托车的减振效果，在摩托车减振器的设计上有重要的应用。
该文对磁流变液及流变特性进行研究，以磁流变减振器的工作模式为基础，进行摩托车磁流变减振器的设计。
关键词：磁流变；减振器；摩托车
磁流变材料的工作电压最大只有几十伏，有效克服了电流变材料要求的高压特性；另外，磁流变材料的剪切屈服应力远远优于电流变材料，加之对杂质影响不敏感的特性，磁流变材料在结构振动控制以及车辆工程等领域有很大的优势。
一、磁流变液减振器的工作原理
磁流变减振器是一种新型智能减振器，利用不同电流控制不同磁场，进而得到不同的阻尼特性。
它的工作模式主要有流动模式、剪切模式和挤压模式[5]。
流动模式的减振器上下板固定，在压差作用下磁流液流过间隙，通过不同的磁场强度得到不同的流动阻力。
剪切式减振器两板间有相对移动或转动，可连续改变切应力与切应变率[6]。
二、磁流变及流变特性
一些特殊的液体当受到外加磁场的作用时，它们的流体特性会产生显著改变，达到阈值的磁场甚至会导致流体固化；一旦外加磁场被移除，流体又恢复原来的特性；这样的流体被称为磁流变体，这种效应被称为磁流变效应。
磁流变效应产生的机理主要有两种理论[1]：相变理论和场致偶极子理论。
相变理论的观点是：当没有外加磁场时，磁极化粒子的运动轨迹只受热运动的影响，运动状态是随机的；一旦外加磁场的强度达到一定阈值，磁极化粒子就会被极化，此时磁场和热运动的相互作用会使粒子变得有序，当外加磁场足够强时，这种顺序就会变为长链，最终导致固态相的产生。
场致偶极矩的观点是：外加磁场导致磁极化粒子磁化成磁偶极子，而且这些磁偶极子相互成链。
磁流变体的连续相（载体液）主要有两种：非极性的和有极性的。
顾名思义，非极性的连续相很少会受到磁场的影响；而有极性的连续相会因为外加磁场的作用而导致极性分子产生有序化。
磁流变体的分散相的极化有粒子体内极化、粒子表面双电层极化以及界面极化：粒子体内极化主要表现为电子、离子的位移极化和偶极子的转向极化；双电层极化是粒子表面的电荷层在磁场作用下产生的电荷不均匀分布；界面极化主要指的是分散相粒子在连续相界面处因为磁化率不同导致的不均匀分布。
不同极化方式的时间长短不一，对磁流变效应的影响也不尽相同。
一般而言，当磁流变体受到高频磁场的作用时，其磁流变效应会变得尤为微弱；反之，低频磁场会使磁流变效应相对较强。
磁极化颗粒间的分子力会使颗粒聚集成团，磁流变体的这种结团现象主要采用表面活性剂处理，也就是在载体液中加入比磁极化颗粒更小的硅胶。
表面活性剂的组成部分主要是亲油基和亲水基，亲油基伸展在载体内进行热摆动，而亲水基只会吸附到颗粒表面；一旦表面含有亲水基的磁极化颗粒相互靠近，就会阻碍亲油基的热摆动，表面活性剂的这两种组成成分就会产生相互排斥的作用力，以阻碍磁极化颗粒的相互靠近。
三、磁流变减震器的工作模式
当在减震器内运动时，磁流变液的运动近似等于无限大平行平板间的运动形式。
一般而言，磁流变减振器有如下几种[2]：阀式、挤压式、剪切阀式以及剪切式。
阀式磁流变减振器在两个固定上动的极板间充满磁流变液，外加磁场垂直作用于两极板；随着外加磁场的变化，磁流变液的流动性你也会产生变化，推动磁流变液的活塞阻力也随之变化，从而控制阻尼力；阀式磁流变减振器的典型代表是Lord公司研制生产的单出杆磁流变减振器。
对剪切式磁流变减振器而言，它有两个相对运动的极板，极板间充满磁流变液，外加磁场垂直作用于磁流变液，外加磁场的变化导致磁流变液的流动性能产生变化，导致发生变化的推动极板的活塞可以控制阻尼力。
挤压式磁流变减振器也是在两个基本间充满磁流变液体，但两个极板间的距离因为挤压而变得越来越小，因此磁流变液向四周流动，外加磁场垂直于磁流变液，同时又平行于磁流变液的运动方向，磁流变液的这种流动性能变化导致推动活塞的阻力变化，从而影响外加磁场控制阻尼力；挤压式磁流变减振器的工作模式适合设计开发行程较小的减振器。
磁流变液在受到上施加磁场的作用下会表现为自由流动的牛顿流体，其剪切应力等于液体流速对坐标的导数和磁流变液的粘度系数的乘积。
外加磁场的作用导致磁流变液的流变性能产生变化，其真实本构关系可以包括屈前区和屈后区两部分，屈后区的磁流变液的剪应力受到磁场强度和剪应变速率两个因素的影响。
阀式减振器的组成部分主要包括活塞、内外缸筒以及活塞杆[3]。
内外缸间组成了旁路环形通道，磁流变液的工作间隙就限于此通道中。
为了确保活塞双向运动过程中两侧油缸的净截面积一样，两端的活塞杆直径要一样大。
另外，缸筒上的激励磁线圈会产生工作磁场，外力作用导致的活塞左右移动会强迫磁流变液流经内外缸间的旁路环形间隙，这样就产生了磁流变效应。
剪切式减振器的组成部分主要包括缸筒、缸外循环流通道以及活塞三部分。
当缸外循环流通道的截面积足够大时，磁流变液在里面流动受到的阻力就比较小，活塞和缸筒间的环形间隙是磁流变液的工作间隙。
剪切阀式减振器由缸筒和活塞两部分组成，活塞和缸筒间的空隙是磁流变液的工作间隙。
四、磁流变减震器设计
磁路是磁流效应的基础，磁路设计的好坏会直接影响磁流变减振器的性能。
在磁流变减振器的磁路设计中，需要根据设计要求确定磁路各个部分的尺寸、形状以及激励磁线圈匝数等，从而控制磁流变减振器的磁化效果[4]。
外加磁场的作用能够改变磁流变液的流动方式，磁流变液的可磁化微粒会沿着磁场方向运动，从而排列为链状结构。
考虑到在垂直于磁场方向的流动特性变化比较明显，所以在设计磁流变减振器时最好使阻尼通道中的磁流变液的流动方向垂直于磁场方向，这样能够充分利用磁流变效应，以改变磁流变减振器的阻尼力。
在分析磁路中的磁通量和磁动势的关系时，需要用到磁路欧姆定律及安培环路定律。
磁介质组成的磁场中，沿着所有闭合曲线的磁场强度的环流大小和闭合曲线中所围绕的自由电流的和相等。
另外，考虑到磁阻的大小和磁路
长度之间是正比例关系，而与磁导率以及磁路段横截面积成反比，所以设计磁路时可以调整这三个参数来调节磁阻的大小。
结束语
该文首先对磁流变体及磁流变效应进行研究，然后分析了磁流变减振器的工作模式和各种模式的磁流变减振器的阻尼力，最后在此基础上进行磁流变减振器的设计，对摩托车磁流变减振器的研究有重要的参考意义。
参考文献:
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[2] 鞠锐，廖昌荣，周治江，等.单筒充气型轿车磁流变液减振器研究[J].振动与冲击，2014.
[3] 贾永枢，翁茂荣，周孔亢，等.基于三维有限元的磁流变减振器磁路分析[J].系统仿真学报，2014.
[4] 闫占辉，李晓冬，贺会超.一种新型汽车磁流变液减振器的设计[J].机床与液压，2014.。