磁流变橡胶减振器的设计与研究

论文摘要

自从70年代提出结构控制的概念以来,工程结构的被动耗能减振、主动和半主动控制的研究和应用取得了很大的进展;但长期以来,工程结构的振动控制还是主要以被动耗能减振为主,而理论上具有较好控制效果的主动和半主动控制由于缺乏有效的低能耗、快速响应的控制装置而受到限制;近年来取得长足发展的具有屈服应力大,响应速度快、能耗低、显著的流变效应、对污染不敏感等特点的智能材料磁流变液,使工程结构的主动和半主动控制的实现具有了新的希望,因此磁流变阻尼器也就被认为是最有潜力的减振装置,它的研究和开发逐渐成为各国学者和工程技术人员追踪的热点,磁流变液也逐渐成为减振阻尼器的首选材料。本文根据磁流变减振和橡胶减振各自的特点,设计出一种磁流变橡胶减振器,并介绍了磁流变效应,阻尼器系统理论,设计方法,实验研究和阻尼器的动力学模型。本文主要从以下几个方面入手:第一章主要介绍了磁流变技术以及其工程应用和国内外研究概况,并提出了磁流变橡胶减振器的概念以及它的应用前景;同时提出本文的研究目的和研究内容。第二章至第五章主要介绍了磁流变橡胶减振器及其测试装置的设计方法,根据磁流变阻尼器工作模式,利用磁路中的欧姆定律和动态磁路设计原理结合压路机减振的技术要求和结构特点,提出了基于剪切模式和流动模式共同作用混合工作模式的磁流变阻尼器设计原理,讨论了阻尼器动态磁路设计中的若干技术问题,根据流体力学方程,分别利用Newton流体特性和Bingham流体特性,推导了基于平板模型和轴对称模型的运动方程,得出了阻尼器阻尼力的计算方法;运动方程表明,改变阻尼通道的磁场强度可以控制磁流变阻尼器的阻尼力,从理论上分析了磁路参数和阻尼通道的结构参数对磁流变阻尼器阻尼力的影响。第六章通过实验验证,磁流变减振器的阻尼力随着励磁电流的增大而增大。实验证实了磁流变减振器的阻尼力是可控可调的。第七章是结论与展望,总结了本文所取得的主要研究成果,指出了磁流变橡胶减振器的一些不足及结构改进措施。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 磁流变技术简介
• 1.1.1 磁流变流体的组成
• 1.1.2 磁流变效应及其特征
• 1.1.3 磁流变效应的机理
• 1.1.4 磁流变技术的工程应用
• 1.1.5 国内外磁流变技术研究状况和进展
• 1.2 磁流变橡胶减振器简介
• 1.2.1 橡胶减振器
• 1.2.2 磁流变橡胶减振器
• 1.2.3 磁流变橡胶减振器应用
• 1.3 课题来源、目的和意义
• 1.4 论文结构及各部分的主要内容
• 第2章 磁流变橡胶减振器的设计
• 2.1 磁流变橡胶减振器的设计
• 2.1.1 橡胶减振器的工作原理
• 2.1.2 磁流变橡胶减振器的设计思想
• 2.1.3 磁流变橡胶减振器的结构设计
• 2.1.4 磁流变橡胶减振器的各主要零件的加工
• 2.2 本章小结
• 第3章 磁流变振动测试台的设计
• 3.1 磁流变振动测试台的结构设计
• 3.1.1 磁流变振动测试台的设计思想
• 3.1.2 磁流变振动测试台的动力学模型
• 3.1.3 磁流变振动测试台的结构设计
• 3.1.4 磁流变振动测试台的各主要零件的加工
• 3.2 振动测试系统的搭建
• 3.2.1 振动测试原理
• 3.2.2 振动测试系统程序的编写
• 3.2.3 相关振动测试仪器的介绍
• 3.3 本章小结
• 第4章 磁流变减振器的磁路计算
• 4.1 磁路结构设计
• 4.1.1 磁路设计涉及的各种因素分析
• 4.1.2 磁路结构设计步骤
• 4.1.3 计算结果与分析
• 4.2 磁饱和的有限元分析
• 4.2.1 电磁场的约束方程
• 4.2.2 电磁场的边界条件处理
• 4.2.3 磁饱和问题的有限元分析
• 4.3 本章小结
• 第5章 磁流变减振器的流体力学分析与阻尼力计算
• 5.1 磁流变流体的工作模式
• 5.2 磁流变阻尼器的流体力学分析及阻尼力的计算
• 5.2.1 基于轴对称模型的运动方程及阻尼力的计算
• 5.2.2 基于平板模型的运动方程及阻尼力的计算
• 5.3 本章小结
• 第6章 磁流变橡胶减振器的实验测试与结果分析
• 6.1 磁流变液的配制
• 6.2 磁流变液性能参数的测试
• 6.2.1 磁流变液性能测试原理
• 6.2.2 测试结果分析
• 6.3 振动实验结果分析
• 6.4 本章小结
• 第7章 全文结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间的研究成果及发表的学术论文
• 致谢