磁流变液阻尼器的设计及其粘温性能的研究+CAD图纸(5)
从初步实验成果看磁流变液材料将有很广阔的应用前景，尤其在液压、测量、自动控制、机器人等领域将引起新的技术革命。磁流变液阻尼技术包括磁流变液材料、磁流变液阻尼器两大关键技术。前者主要从材料和力学的角度出发，研究磁流变体的组成及物理特性；后者则从机械学、电子学、自动控制等角度出发，并结合具体应用目标开展研究。但是，由于磁流变液阻尼属于一种新型发展的交叉学科，其理论研究和应用显得不够完善，因此，对磁流变液阻尼器的理论建模和实际应用的研究显得非常重要。
1.3 磁流变液阻尼器的工作模式
磁流变液阻尼器是一种阻尼可控器件，其内部的阻尼介质采用磁流变液。工作原理是调节安装在阻尼器外部的励磁线圈中的电流，使磁流变液体获得不同强度的磁场，在外加磁场的作用下，磁流变液中随机分布的磁极化粒子沿磁场方向运动，磁化运动使粒子首尾相联，形成链状或网状结构，从而使磁流变液的流动特性发生变化，进而使阻尼器阻尼通道两端的压力差发生变化，达到改变阻尼力的目的。磁场使阻尼通道中磁流变液的流动特性发生变化，而且这种变化是连续、可逆的，即一旦去掉磁场后，又变成可以流动的液体，从而控制减振器的阻尼力。磁流变液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，其最大阻尼力依赖十磁流变液的特性、流动模式以及磁流变阻尼器的尺寸。由于这种特性，磁流变液可制成各种各样的阻尼器件，在结构振动工程领域具有应用广阔前景，是近年来兴起的减振技术之一。
根据磁流变液在阻尼器中的流动状态，磁流变液阻尼器的工作模式有压差流动模式、剪切阀模式和挤压流动模式，二种基本模式的工作情况如图2-2所示。在设计磁流变液阻尼器时，必须考虑相对运动的大小，在相对运动较大的场合，可以采用剪切流动模式和压差流动模式，在相对运动小的场合，可以采用挤压流动模式。在压差流动模式下，磁流变液被限制在静止的磁极之间，在压力差作用下产生流动，流动阻力通过磁场强度来控制，从筒壁引入导线控制磁场变化，磁场变化可以改变从工作活塞轴向孔隙中流过的MRF的粘度，进而改变阻尼力的大小，这种调节是连续的。该模式的阻尼器通常采用液压缸活塞结构，磁流变液通道由活塞上的节流孔或活塞与缸内壁之间的隙缝构成。
在剪切阀模式下，外加磁场同样垂直十极板相对运动方向，磁流变液在相对运动的极板间流动，从而产生剪切变形。外加磁场是受控的，在不同磁场强度下可以产生不同的剪切屈服应力，从而使极板之间相对运动产生的阻尼受到磁场的控制，使磁流变液形成剪切流动从而产生阻尼。
图 1.1磁流变液阻尼器的工作模式
挤压流动模式的磁极移动方向与磁场方向相同，磁流变液在磁极压力的作用下向四周流动，磁场方向与磁流变液流动方向垂直，磁极挤压磁流变液使之向四周流溢，从而产生阻尼。在这种作用模式下，磁流变液处于交替拉伸、压缩状态，并发生剪切。磁极移动位移较小，磁流变液产生的阻尼力较大，可应用十小位移大阻尼的磁流变液减振器。
1.4 本课题研究的目的和意义
由于磁流变液是非牛顿液体，不仅有牛顿流体的性质，还有塑性流体的性质，其力学本构关系比较复杂，而且难以从理论上建立。为了设计磁流变液阻尼器，需要根据磁流变液体的试验模型，应用流变力学理论建立和分析磁流变液阻尼器输出力和磁场强度以及结构尺寸的理论关系。基于磁流变液的新型阻尼器的力学特性目前尚未完全认识清楚，应用各种力学模型和逼近方法去建立磁流变液阻尼器的数学模型仍是解决系统动力学分析及控制的基础。迄今，国内外大部分学者均采用 Bingham 模型进行近似设计计算，该模型表述简单，物理概念比较明确，同时又具有相当的精度，其不足之处在于当速度接近为零的一段区域内，模型和实验数据有一定的差距，此外，由于该计算模型有自身的局限性，这种近似计算方式已经不能满足发展的需要，因此，必须从实验研究中认识和总结磁流变液体在磁场作用下的力学特性。