多物理场中磁流变阻尼器的力学特性研究

论文摘要

工程力学是研究有关物质宏观运动规律,及其应用的学科。包括:质点同益及刚体力学,固体力学,流体力学,流变学,土力学,岩体力学等。固体力学包括材料力学、结构力学、弹性力学、塑性力学、复合材料力学以及断裂力学等。本文研究的课题隶属于复合材料力学范畴。磁流变（MR）阻尼器是一种先进的半主动控制装置,具有控制力大,可调范围宽,温度适应性强,响应速度快,能耗低等优点。它只需要很小的能量输入就能调节和产生较大的阻尼力,克服了主动控制装置费用高、能耗大和装置复杂的缺点,正逐步应用在减振抗冲击等方面。本文研究MR阻尼器在电磁场、流场等物理场下的力学特性。首先应用专用软件研究磁流变阻尼器在不同电流强度下阻尼通道处磁感应强度的变化情况,建立了二维磁场有限元模型,对MR阻尼器进行电磁场分析。得到电流密度与阻尼器通道处磁感应强度之间的关系。通过与他人实验数据的对比,验证了磁场有限元分析方法的可行性。其次把电磁场仿真得到的应力加在流场中,采用非牛顿流体Herschel-Bulkley模型,对阻尼通道进行流场有限元分析,实现阻尼器的多物理场相互作用耦合分析。最后对TiderMR6型磁流变阻尼器进行磁场分析,建立基于Matlab/Simulink的磁流变阻尼器阻尼性能预估仿真模型,定量地预估磁流变阻尼器的力学特性,包括力——速度曲线和力——位移曲线。并与实验数据进行比较,结果表明仿真数据与实验数据能够很好地吻合,验证了该模型用来分析阻尼器参数的有效性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 本文研究的目的和意义
• 1.2 磁流变阻尼技术概述
• 1.3 磁流变液的发展现状
• 1.4 国内外研究现状
• 1.5 本文主要工作内容
• 第2章 磁流变液与磁流变阻尼器
• 2.1 概述
• 2.2 磁流变液
• 2.2.1 磁流变液的组成
• 2.2.2 磁流变液的流变机理
• 2.2.3 磁流变液本构关系
• 2.3 磁流变阻尼器
• 2.3.1 磁流变阻尼器的工作模式
• 2.3.2 MR阻尼器的基本结构
• 2.4 MR阻尼器的两种力学模型分析
• 2.4.1 基于Bingahm模型的磁流变阻尼器的理论模型推导
• 2.4.2 基于Herschel-Bulkley模型的磁流变阻尼器理论模型推导
• 2.5 本章小结
• 第3章 MR阻尼器有限元分析
• 3.1 引言
• 3.2 电磁场基本理论
• 3.2.1 麦克斯韦方程
• 3.2.2 电磁场边界条件处理
• 3.3.磁路欧姆定律
• 3.4 磁流变阻尼器电磁场有限元分析
• 3.4.1 磁流变阻尼器的有限元模型
• 3.4.2 结果分析
• 3.5 有限元分析结果与实验结果的比较
• 3.6 磁流变阻尼器的FLUENT分析
• 3.6.1 外界磁场对MR粘度的影响
• 3.6.2 阻尼通道的FLUENT分析
• 3.7 本章小结
• 第4章 MR阻尼器的性能仿真
• 4.1 引言
• 4.2 MR阻尼器性能仿真
• 4.3 MR阻尼器仿真结果与实验结果对比
• 4.4 本章小结
• 第5章 结论
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢