汽车磁流变减振器设计原理与实验测试
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阻尼 通 道 中 的流动 ， 减 振 器 的阻 尼 力 实现 控 制 。 对
，
区域 ３ 屈 服 流 动
ｒ ≤ ｒ≤ 尺
“（ ）一 Ｏ 尺２
ｒ一 一 ＋ ７
ｄ ） ｒ ｕ（ ｚ
一
Ｏ
Ｌ
１活塞杆 ．
２活塞磁 ．
３线圈 ．
４ 工 作 缸 ．
５ 磁流变液 、 ． 阻尼通道
一
下 十
十
十
由于不 考 虑 磁路 的 漏 磁 ， 由磁 路 的安 培 环路 定理 ， 磁路 的磁通
Ｎ Ｉ
ｒ ｒ 尺一 （） ） 一 ２ ； ２ｎ ］ 一 云 一 ｒ Ｒ Ｉ云卜 —Fra Baidu bibliotek ｎ ） 。 （
“ （ ｌ 三ｒ≤ ２ ２ｒ ≤ 三ｒ ）一 “ （ １ Ｉｒ ）一 “ （２ ３ｒ ）
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中 国机 械 工 程 第 １ 卷 第 １ 期 ２ ０ ３ ６ ０ ２年 ８月 下 半 月
向大 致 平 行 于 磁 场 方 向 ， 化 运 动使 微 粒 首 尾 相 磁 联 ， 成 链 状结 构 或 复杂 的 网状 结 构 ， 而使 磁 流 形 从 变 液 的 流变 特 性发 生 变 化来 实 现减 振 器 阻尼 力 控 制。 目前 ， 线 运 动 的磁 流变 阻 尼 器都 是 基 于流 动 直
图 ３ 磁 流 变 液 通 过 阻 尼 通 道 的 边 界 条 件
图 ２ 混 合 工 作 模 式 的 磁 流 变 减 振 器 工 作 原 理
分 别 建立 ３个 流 动 区域 的微 分方 程
由力 平 衡方 程 得 到控 制 方程
区域 １
Ｐ ＋３＋＿一娑 ＋！ 害＋ ｒ － 一言
ｒ ｒｎ ） ７ （ ｒ１ ＝ｙ （ ＋ ｒ ｙ Ｓ警 ｇ ＞）
．
（ ３）
Ｑ一ｏ ｒ
的塑性 粘度 。
（ ’） ｒ ≤ｒ ｙ
ｌ
式 中 ， 为 与 磁 场 Ｈ 有 关 的 临 界 屈 服 应 力 ； 为 磁 流 变 液
控 制 阻 尼 力 的 目的 。
磁 场 磁 场
区域 ２
“（ ｌ ｒ≤ ｒ ）一 ｆ ｒ≤ ２
式中， ｃ为常 数 。
为了简 化 ， 计惯 性 力 的作 用 ， 设 在 同一阻 不 并
・１３ ２ ・ ９
区域 ３
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汽车磁 流变减振器设 计原理 与实验 测试—— 廖 昌荣 余 淼 陈伟 民等
模 式 和 剪 切 模 式 【 进 行 设 计 的 。流 动 模 式 见 图 １ ］
尼 通道 内压 力 Ｐ沿轴 向 是线 性 变化 的 ， 式 （ ） 则 １ 简 化 为
害 手一ｌ 十 一 ＋ 了一
２ 磁 流 变 减 振 器 设 计
２ １ 阻尼 力 的计 算 方 法 ．
（ ２ ）
１ ， 两 固定 不 动 的极 板 之 间充 满磁 流 变 体 ， 加 ａ在 外
磁 场 经 过 极 板 垂 直 作 用 于 两 极 板 之 间 的磁 流 变
体， 使磁 流 变 体 的流 动性 能 发 生变 化 ， 而 使推 动 从
磁 流变 体 流 动 的活 塞 所 受 的阻 力 发 生 变 化 ， 到 达
器＋ （ ｌ一 ｐ ÷一 ｄ 丁 ＋ １ Ｌ ． ）Ｘ
式 （ ） ３ 区域 的速 度 分 布 表达 式 ６ 得 个
（ ６ ）
由磁路 的串 联 和并联 ， 路 的总 磁导 磁
１ １ ． ２ ． １ ． ２
利 用 上 面 的 边 界 条 件 ， 微 分 方 程 式 （ ）～ 解 ４
ｒ ｒ ）一 一 ｒ （ｚ
Ｕ（ Ｉ ｒ≤ ｒ ）一 ｆ ｒ≤ ２
两 阻 尼 通道 串联 的混 合工 作 模 式 的汽 车 磁 流变 减
振器 ， 工作 原 理 见 图 ２ 活 塞在 工 作 缸 内作 往 复 直 ， 线 运 动 ， 用 线 圈产 生 的磁 场 来 控 制 磁 流 变 液 在 利
在 两 相 对 运 动 的极 板 之 间充 满 磁 流 变 体 ， 加 磁 外 场 经 过极 板垂 直作 用 于 两 极 板 之 间 的 磁 流 变 体 ， 使 磁 流变 体 的 流动 性 能 发 生 变 化 ， 而 使 推 动 极 从
板运 动 的 活塞 所 受 阻力 发 生 变 化 ， 到 外 加 磁 场 达
外 加 磁 场 控 制 阻尼 力 的 目的 。剪 切 模 式 见 图 １ ｂ，
在 外 加磁 场 作 用 下 ， 流变 液 表 现 为 滨 汉 流 磁 体 ， 文 将 根 据 滨 汉 流 体 的本 构 方 程 对 汽 车 磁 流 本 变 减振 器 进行 设 计 。 汉 流体 本 构关 系为 滨
垫
ｄ ｒ
一。
图 １ 磁 流 变 减 振 器 工 作 原 理
区域 ２ 刚性 流 动
ｒ ≤ ｒ≤ ｒ Ｉ ２
＝ ｏ
根 据 汽 车 减 振 器 的 工 作 原 理 和结 构 特 点 ， 利 用 流 动模 式 和剪 切 模 式 共 同作 用 ， 们 提 出一 种 我
ｒ ｒ ）一 ｒ （ｔ ，
在 阻 尼通 道 中 ， 流 变 液 的流 动 分 为 ３个 不 磁 同区域 ， 图 ３ 且 满 足 如下 边 界条 件 ： 见 ， 区域 １ 屈 服 流 动
尺Ｉ ｒ≤ ｒ ≤ ｌ
Ｕ（ ）＝ 一 ｔ Ｒ１ ， ０
一 ＋ ７ ｄ“
鼬
一
（ ） 动 模 式 ａ流
（ ） 切 模 式 ｂ剪
（ ７ ）
（） ８
一
式 中， 为线 圈的匝数 。 Ⅳ
（一 ｒ 尺一ｒ（ ） ｒ ２ ； ２ｎ ］ ） 一 ｇ意 ＋ ｌ ｒ Ｒ＿２ 意］ — ｚ ｒ （） Ｉ ｎ
（ １ ’ ）
７ ＋ ７ － － Ｊ ｙ 器＋ ＋ ｄ ＝ （ ｕ ．
７
式中， Ｕ为 磁 流 变 液 的 流 动 速 度 ； ｒ为 磁 流 变 液 的 剪 切 应 力； ｒ为 径 向 坐 标 ； ２为 轴 向 坐 标 ； 户为 活 塞 运 动 引 起 的 压 力 ； 磁 流变液的密度 。 Ｐ为
，
区域 ３ 屈 服 流 动
ｒ ≤ ｒ≤ 尺
“（ ）一 Ｏ 尺２
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ｄ ） ｒ ｕ（ ｚ
一
Ｏ
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１活塞杆 ．
２活塞磁 ．
３线圈 ．
４ 工 作 缸 ．
５ 磁流变液 、 ． 阻尼通道
一
下 十
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由于不 考 虑 磁路 的 漏 磁 ， 由磁 路 的安 培 环路 定理 ， 磁路 的磁通
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“ （ ｌ 三ｒ≤ ２ ２ｒ ≤ 三ｒ ）一 “ （ １ Ｉｒ ）一 “ （２ ３ｒ ）
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中 国机 械 工 程 第 １ 卷 第 １ 期 ２ ０ ３ ６ ０ ２年 ８月 下 半 月
向大 致 平 行 于 磁 场 方 向 ， 化 运 动使 微 粒 首 尾 相 磁 联 ， 成 链 状结 构 或 复杂 的 网状 结 构 ， 而使 磁 流 形 从 变 液 的 流变 特 性发 生 变 化来 实 现减 振 器 阻尼 力 控 制。 目前 ， 线 运 动 的磁 流变 阻 尼 器都 是 基 于流 动 直
图 ３ 磁 流 变 液 通 过 阻 尼 通 道 的 边 界 条 件
图 ２ 混 合 工 作 模 式 的 磁 流 变 减 振 器 工 作 原 理
分 别 建立 ３个 流 动 区域 的微 分方 程
由力 平 衡方 程 得 到控 制 方程
区域 １
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ｒ ｒｎ ） ７ （ ｒ１ ＝ｙ （ ＋ ｒ ｙ Ｓ警 ｇ ＞）
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的塑性 粘度 。
（ ’） ｒ ≤ｒ ｙ
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式 中 ， 为 与 磁 场 Ｈ 有 关 的 临 界 屈 服 应 力 ； 为 磁 流 变 液
控 制 阻 尼 力 的 目的 。
磁 场 磁 场
区域 ２
“（ ｌ ｒ≤ ｒ ）一 ｆ ｒ≤ ２
式中， ｃ为常 数 。
为了简 化 ， 计惯 性 力 的作 用 ， 设 在 同一阻 不 并
・１３ ２ ・ ９
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汽车磁 流变减振器设 计原理 与实验 测试—— 廖 昌荣 余 淼 陈伟 民等
模 式 和 剪 切 模 式 【 进 行 设 计 的 。流 动 模 式 见 图 １ ］
尼 通道 内压 力 Ｐ沿轴 向 是线 性 变化 的 ， 式 （ ） 则 １ 简 化 为
害 手一ｌ 十 一 ＋ 了一
２ 磁 流 变 减 振 器 设 计
２ １ 阻尼 力 的计 算 方 法 ．
（ ２ ）
１ ， 两 固定 不 动 的极 板 之 间充 满磁 流 变 体 ， 加 ａ在 外
磁 场 经 过 极 板 垂 直 作 用 于 两 极 板 之 间 的磁 流 变
体， 使磁 流 变 体 的流 动性 能 发 生变 化 ， 而 使推 动 从
磁 流变 体 流 动 的活 塞 所 受 的阻 力 发 生 变 化 ， 到 达
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式 （ ） ３ 区域 的速 度 分 布 表达 式 ６ 得 个
（ ６ ）
由磁路 的串 联 和并联 ， 路 的总 磁导 磁
１ １ ． ２ ． １ ． ２
利 用 上 面 的 边 界 条 件 ， 微 分 方 程 式 （ ）～ 解 ４
ｒ ｒ ）一 一 ｒ （ｚ
Ｕ（ Ｉ ｒ≤ ｒ ）一 ｆ ｒ≤ ２
两 阻 尼 通道 串联 的混 合工 作 模 式 的汽 车 磁 流变 减
振器 ， 工作 原 理 见 图 ２ 活 塞在 工 作 缸 内作 往 复 直 ， 线 运 动 ， 用 线 圈产 生 的磁 场 来 控 制 磁 流 变 液 在 利
在 两 相 对 运 动 的极 板 之 间充 满 磁 流 变 体 ， 加 磁 外 场 经 过极 板垂 直作 用 于 两 极 板 之 间 的 磁 流 变 体 ， 使 磁 流变 体 的 流动 性 能 发 生 变 化 ， 而 使 推 动 极 从
板运 动 的 活塞 所 受 阻力 发 生 变 化 ， 到 外 加 磁 场 达
外 加 磁 场 控 制 阻尼 力 的 目的 。剪 切 模 式 见 图 １ ｂ，
在 外 加磁 场 作 用 下 ， 流变 液 表 现 为 滨 汉 流 磁 体 ， 文 将 根 据 滨 汉 流 体 的本 构 方 程 对 汽 车 磁 流 本 变 减振 器 进行 设 计 。 汉 流体 本 构关 系为 滨
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一。
图 １ 磁 流 变 减 振 器 工 作 原 理
区域 ２ 刚性 流 动
ｒ ≤ ｒ≤ ｒ Ｉ ２
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根 据 汽 车 减 振 器 的 工 作 原 理 和结 构 特 点 ， 利 用 流 动模 式 和剪 切 模 式 共 同作 用 ， 们 提 出一 种 我
ｒ ｒ ）一 ｒ （ｔ ，
在 阻 尼通 道 中 ， 流 变 液 的流 动 分 为 ３个 不 磁 同区域 ， 图 ３ 且 满 足 如下 边 界条 件 ： 见 ， 区域 １ 屈 服 流 动
尺Ｉ ｒ≤ ｒ ≤ ｌ
Ｕ（ ）＝ 一 ｔ Ｒ１ ， ０
一 ＋ ７ ｄ“
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一
（ ） 动 模 式 ａ流
（ ） 切 模 式 ｂ剪
（ ７ ）
（） ８
一
式 中， 为线 圈的匝数 。 Ⅳ
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（ １ ’ ）
７ ＋ ７ － － Ｊ ｙ 器＋ ＋ ｄ ＝ （ ｕ ．
７
式中， Ｕ为 磁 流 变 液 的 流 动 速 度 ； ｒ为 磁 流 变 液 的 剪 切 应 力； ｒ为 径 向 坐 标 ； ２为 轴 向 坐 标 ； 户为 活 塞 运 动 引 起 的 压 力 ； 磁 流变液的密度 。 Ｐ为