双出杆剪切阀式磁流变减振器的结构优化与特性研究

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1、分类号：TM271密级：公开UDC：621.3编号：201421401031河北工业大学硕士学位论文双出杆剪切阀式磁流变减振器的结构优化与特性研究论文作者：张瑞雪学生类别：全日制学科门类：工学学科专业：电气工程指导教师：杨文荣职称：教授资助基金项目：河北省自然科学基金（E2015202241）DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofElectricalEngineeringSTRUCTUREOPTIMIZATIONANDC

2、HARACTERISTICSSTUDYONSHEAR-VALVEMODEMRDAMPERbyZhangRuixueSupervisor:Prof.YangWenrongNovember2016ThisworkissupportedbyNaturalScienceFoundationofHebeiProvinceunderGrantNo.E2015202241.摘要基于磁流变液这种智能型可控磁性材料研制的磁流变减振器，可应用于建筑结构减振工程、机械工程和船舶与海洋工程等。其中，可通过改变磁流变减振器中的线圈电流调节磁场进而

3、控制其提供的阻尼力，从而实现快速准确地无级调节。因为磁流变减振器是半主动控制中最关键的出力部件，所以其性能显得尤为重要，而影响其减振性能的重要因素便是其结构尺寸与磁路设计。本文以双出杆型剪切阀式磁流变减振器为研究对象，结合磁流变液的Bingham模型，初步设计其结构尺寸并优化，加工样机并实验测试其减振性能，为研究半主动减振控制系统提供理论依据。首先，基于Bingham平板模型研究了剪切阀式模式下磁流变减振器的阻尼力计算及调节原理，根据磁路优化原则对其主要结构参数进行初步设计。其次，利用COMSOL有限元仿真软件对磁流变减

4、振器的活塞部分进行几何建模及磁场仿真，分析其工作阻尼通道处的磁场分布。研究了COMSOL和MATLAB联合仿真的方法，由此得出影响磁流变减振器工作阻尼通道处磁场变化的因素，并确定结构优化变量。再次，采用基于NSGA-II改进的多目标优化算法，结合COMSOL和MATLAB联合仿真的方法，设定约束条件，对磁流变减振器的活塞结构进行多目标优化，其中，以最大阻尼出力3000N为目标1，最大动力可调系数为目标2，得出优化后的结构参数。最后，参照优化后的结构参数加工磁流变减振器样机，实验测试其减振特性，分析其阻尼力与位移和速度的关

5、系，并验证优化效果。依据实验数据，拟合出磁流变减振器的阻尼力与压缩速度和加载电流的关系。关键词：磁流变减振器COMSOL仿真多目标优化特性研究IABSTRACTTheMagnetoRheologicalDamper(referredtoasMRDamper)canbeusedinStructuralVibrationEngineering,MechanicalEngineeringaswellasNavalArchitectureandOceanEngineering,whichisbasedonanintelligen

6、tcontrollablemagneticmaterialcalledmagnetorheologicalfluid.ThedampingforcecanbecontrolledbychangingthemagneticfieldexcitedbythecoilintheMRDampersoastorealizethefastandaccuratesteplessregulation.BecausetheMRDamperisthemostimportantpartofthesemi-activecontrolsystem

7、,itscharacteristicisveryimportant.Thestructuralsizeandmagneticcircuitdesignarethekeyfactors.Inthispaper,thedouble-rod-typeshear-valvemodeMRDamperisstudied.ThestructuralsizeisdesignedandoptimizedbasedontheBinghammodelofmagnetorheologicalfluid.TheMRDamperprototypei

8、smanufacturedandtestedfordampingperformance,whichprovidesatheoreticalbasisforthestudyofthesemi-activevibrationcontrolsystem.Firstly,thedampingforcecalculationa