电流变阻尼器的动态特性实验研究

　　1　引　言

　　材料总是为工程应用服务的,自电流变效应发现以来,有关电流变液元器件的专利、设想及样品层出不穷。涉及的工程领域包括:汽车、液压机械、航空、航天、航海、机器人、建筑等[1]。将电流变液在这些领域的应用概括起来大致可以分为三类:液体阀门;离合器;振动抑制。结合当前的电流变液材料研究水平,据预测,电流变液装置近期最有可能商品化的应用领域多数与隔振、减振有关[1~4],如1)各种发动机的支架隔振器;2)汽车、机车主动和半主动悬架中的可控阻尼器;3)飞机和空中结构的振动抑制;4)建筑物的抗震等。

　　当电流变液的性能达到工程使用要求时,可以认为电流变技术在振动半主动/主动控制工程中应用的关键就在于电流变器件的研制。不同结构形式特别是不同工作型式的电流变阻尼器,其动态性能有很大差异。在完全揭示电流变液的作用机理之前,对电流变阻尼器动态性能进行研究的主要方法是直接采用试验方法,来获得电流变阻尼器的经验模型。本文在多层滑动极板电流变阻尼器研制工作的基础上,通过对电流变阻尼器进行正弦激励试验,研究了电流变阻尼器的载荷-位移迟滞特性和载荷-速率迟滞特性,并分析了这种电流变阻尼器的周期能耗特性及等效粘性阻尼特性。

　　2　电流变阻尼器研制及性能试验

　　2·1　多层滑动极板式阻尼器

　　根据工作流体在电流变阻尼器中的流动形态,电流变阻尼器可大致可归结为三种类型[2],即:剪切型(shear-model),流动型(flow-model)和挤压型(squeeze-model)。前两种类型目前研究较多。剪切型电流变阻尼器的优点是结构简单,一般零场阻尼较小,缺点是所提供的绝对阻尼力较小。基于这一模式设计的阻尼器通常有相对运动的正负极板,所以也常称为滑动极板型电流变阻尼器。流动型电流变阻尼器的主要优点是可以提供较大的绝对阻尼力,缺点是一般零场阻尼较大,结构比较复杂,在结构特点上通常有固定的正负极板,所以也通常称为固定极板式电流变阻尼器。这两类电流变阻尼器的技术目前仍不成熟,需要继续研究。

　　本文设计制造了一种多层滑动极板式阻尼器,它可以充分利用盛液腔的空间,改进传统滑动极板型电流变阻尼器输出阻尼力较小的缺点。电流变阻尼器结构如图1所示,使用时阻尼器直立放置,电流变液充于腔内覆盖定极板。定、动极板分别接高压电源正、负极,导杆与受控结构相连。限位滑块和绝缘滑块共同作用,防止动极板运动时的晃动。导杆截面设计成方形,和筒盖上的方孔配合,以防止动极板的转动造成正负极板间短路。阻尼器工作时,动极板相对于定极板往复运动,通过剪切极板间的电流变液,耗散受控振动体的振动能量。