对磁流变液阻尼器的热量产生和消散进行理论和实验研究,建立了一种预测阻尼器温度升高的理论模型,在此基础上建立了一个无因次控制方程以评估物理参数对热量产生和耗散的影响,推导了磁流变液阻尼器在正弦力作用下温度升高的理论结果。

磁流变液由于在外加磁场作用下,可发生迅速、无极、连续、可逆的变化,且能耗极小。其优良的性能使其备受瞩目。近几十年来得到日益广泛而深入的研究。而磁流变弹性材料则是在磁流变液基础上发展起来的一种具有流变特性可控的新型智能材料。本文着重阐述了磁流变弹性材料的优良的电磁学性能、机械性能、减振机理和在液压缸阻尼器、汽车减振器的主动控制方面的应用。

介绍了磁流变液基本特性、组成及磁流变液的制备工艺。磁流变液属可控流体,是由非导磁性液体和均匀分散其中的微小软磁性颗粒混合而成的悬浮体。在零磁场条件下呈现出低粘度牛顿流体特性;在强磁场作用下,则可在毫秒级的时间内呈现出高粘度、低流动性的Bingham体特性。与电流变液相比,磁流变液具有励磁线圈工作电压低、剪切屈服强度高、对体内杂质温度等因素不敏感等优点。这使得由其制成的磁流变阻尼器在桥梁结构、建筑结构主动、半主动震动控制领域展现了很好的应用前景。考虑到经济性,目前,桥梁结构用磁流变阻尼器主要针对斜拉桥拉索减振及重要的多跨高墩连续梁桥。铁路简支钢桁梁桥也有应用。

结构智能控制理论的发展为土木工程的开辟了新的振动控制领域。结构智能振动控制系统是以其智能材料与相关器件在工程上的应用作为标志。现在我们可以使用智能驱动材料来制造电流变,磁流变和温度这些调节的主动控制驱动装置与变阻尼的装置。并且反应敏捷迅速、耗能小、出力大,以后将成为结构振动控制的发展方向。正是基于上述优点,磁流变液阻尼器的应用领域非常广泛,特别是在土木工程方面。由于土木工程结构特殊性,例如它巨大的体型,使得该装置在于实际土木工程中的的应用关键便是研制出适用该环境控制需要的大型高性能的磁流变液阻尼器。本论文正是围绕大型磁流变液阻尼器的相关应用技术进行研究,并取得了较好的效果。

磁流变材料作为一种新兴的智能材料,因其具有良好的磁流变效应,而越来越受到学者的关注。根据磁流变效应设计的磁流变液阻尼器具有结构紧凑、功耗低、阻尼力大、动态范围广、响应速度快等特点,其阻尼力可通过调节外加磁场大小来控制,在工程上有广泛的应用前景。传统拉力器存在材料种类单一、拉伸倍数小、体积大、使用寿命短、重量大、难拆卸、不易携带等缺点。该文主要针对磁流变液阻尼器的磁路结构,利用MAXWELL软件进行磁路仿真。分析了活塞结构的变化对磁流变液阻尼器磁场分布的影响,为磁流变液阻尼器应用于拉力器的结构设计提供了依据。

基于磁流变液的主动减振技术可以控制钻具振动,提高机械钻速,降低钻井成本。在介绍井下减振技术发展现状的基础上,阐述了磁流变液阻尼器和基于磁流变液的主动减振短节(AVD)的工作原理,对AVD的减振性能进行了室内试验和现场对比试验。试验结果表明,AVD在将振动降至最弱程度的同时提高了机械钻速,还可避免钻柱振动破坏钻头及其他钻柱组件,增大钻头进尺和减少额外的起下钻次数。基于磁流变液的主动减振技术可以很好地解决钻具振动引起的钻压不稳、机械钻速低等问题。最后指出我国应该开展这方面的研究。

磁流变阻尼器(Magnetorheological damper,MRD)是实现车辆悬架半主动控制的理想器件,然而传统MRD的控制模型及控制过程复杂,严重制约MRD的工程应用。针对上述问题,提出具有并联常通孔的MRD,当电流为零时,磁流变液从常通孔和感应通道流过,实现最小阻尼系数;电流加载至最大时,感应通道被发生流变效应的磁流变液堵塞而充当限压阀的作用,在磁流变液屈服前,液体仅从常通孔流过,实现最大阻尼系数。建立新型阻尼器的阻尼力计算模型,为其设计和阻尼特性分析提供理论依据,并通过磁路仿真和阻尼特性试验验证设计方案的可行性。该MRD尤其适用于与开关类控制策略相结合,不需要复杂的逆模型求解,极大地简化了控制过程,具有较好的实际应用价值。

根据力觉反馈的需要,设计了一种基于磁流变液的阻尼器,并建立了模型。介绍了磁流变液阻尼器的设计方法,该阻尼器由上、下盖组成密闭的壳体,转子通过轴设置于壳体内,壳体内充满磁流变液,在磁场作用下磁流变液屈服应力产生变化,转子相对于壳体转动时阻尼力连续快速变化,分析了阻尼器阻尼力构成及其可控性,运用较为简化的方法建立了阻尼器的逆动态模型,利用研制的阻尼器原型设计了实验系统并进行了挤压柔顺性物体和碰撞刚体力反馈实验,实验中阻尼器能够实现大范围的力觉反馈,因此表明设计方法有效、模型正确。

为了解决某石化企业柱塞泵入口管线的振动问题,研究了阻尼减振技术。在测量振动管道的布置参数后,用ANSYS建立管道模型并进行模态分析,结合现场管道的振动情况,找出管道振动的原因,并提出解决方案;进一步运用SAP2000进行阻尼减振模拟仿真,提出了优化方案。在柱塞泵不停机、管道结构不改变的情况下,按指定方案安装阻尼器后,柱塞泵入口管线的最大振幅由1 175μm降到了132μm,降幅高达89%。改造后的管线所有测点振动幅值降幅都超过了70%,且处于安全范围之内,实现了整个机组长期稳定运行。

多孔泡沫金属磁流变液阻尼器是采用泡沫金属储存磁流变液的新型阻尼器。通过磁流变阻尼器的性能试验研究,得到了阻尼力与电流之间的关系,采用BP神经网络,建立了磁流变阻尼器正向模型。结果显示,神经网络模型能准确地预测磁流变阻尼器的阻尼力和控制电流,证明了该方法的有效性,与已有的模型相比,具有精度高,计算简便等特点。