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《磁流变阻尼器的实验建模》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第13卷第4期振动工程学报Vol.13No.42000年12月JournalofVibrationEngineeringDec.2000磁流变阻尼器的实验建模X翁建生胡海岩(南京航空航天大学振动工程研究所南京,210016)张庙康(南京建筑工程学院机电系南京,210009)摘要磁流变阻尼器是一种应用前景广阔的半主动控制阻尼器。基于对磁流变阻尼器的实验,建立了描述磁流变阻尼器阻尼特性的Bingham塑性模型和非线性滞回模型。讨论了施加电压(磁场强度)、激振振幅及频率对两种模型的参数的影响。该文提出的非线性滞回模型具有精度高
2、、参数识别过程简单和准确反映磁流变阻尼器滞回特性等优点。关键词:阻尼器;建模;滞回;磁流变液体中图分类号:TB535.1;TB381磁流变阻尼器是一种颇具潜力的半主动控制阻尼器,正受到工程界的关注。这种阻尼器中的磁流变液是一种非牛顿液体,其剪切应力由液体的粘性和屈服应力两部分组成,而动态屈服应力随外界磁场强度的增加递增。通过对外加磁场强度的控制,可在毫秒级时间内改变[1]液体的流变特性,使其由液态变为半固态,从而实现对阻尼器特性的主动控制。为了设计控制策略和评价磁流变阻尼器在振动控制中应用的可行性,需要建立磁流变阻尼器的
3、数学模型。然而,应用流变力学理论分析磁流变阻尼器的阻尼特性极为复杂和困难。因此,有必要基于实验来建立磁流变阻尼器的唯象数学模型。Ehrgott和Masri假定电流变阻尼器的阻尼力是速度和加速度的函数,应用Chebychev多项式逼近阻尼力。但是,该[2]非参数模型相当复杂。最近,Spencer等对LORD公司制造的磁流变阻尼器进行实验,根据Bouc-Wen迟滞模型,引入两个内变量,构造了包含14个待定参数的微分方程模型,可较[3]好地拟合实验数据。该模型相当复杂,很难用于动力学分析。Li等将磁流变阻尼器的阻尼力分为屈服前
4、、后两个阶段:屈服前为粘弹性Kelvin模型,屈服后为粘性阻尼模型。根据经验选用非线性形状函数作为屈服前后两个阶段的平滑过渡,将屈服前后阻尼力和屈服力并[4]联求和得到了磁流变阻尼器的非线性数学模型。1磁流变阻尼器的阻尼特性实验本文的对象是LORD公司中制造的RD-1005型磁流变阻尼器(如图1)。其活塞上有固X国家杰出青年科学基金资助项目(编号:59625511)及福特-中国研究与发展基金资助项目(编号:9715508)收稿日期:1999-09-10;修改稿收到日期:2000-03-15第4期翁建生等:磁流变阻尼器的实
5、验建模617图1RD-1005型磁流变阻尼器定的节流口并安装产生磁场的线圈,缸体的底部是一充满氮气的气体蓄能器。活塞杆可移动行程为52mm,最大输入电压为12V,最大电流可达2A。磁流变阻尼器的阻尼特性实验过程为:由INSTRON液压振动台驱动磁流变阻尼器的缸体相对于活塞以固定频率和振幅作简谐运动;对磁流变阻尼器施加一常电压,使活塞上的线圈产生恒定磁场;测量磁流变阻尼器缸体相对于活塞的相对位移、阻尼力、加速度和施加于线圈的电压,经DYS多通道数据采集系统采集后存贮在计算机的硬盘。在不同的电压下,重复测量和采集。改变液压振
6、动台的振动频率和振幅,重复上述实验过程。图2是振动频率f为2Hz、幅值A为15mm时不同电压V下磁流变阻尼器的位移-力和速度-力关系。由图可见,磁流变阻尼器的阻尼特性表现为非线性滞回特性。实验数据表明:磁流变阻尼器的最大阻尼力随电压递增,当电压达到一定值后,最大阻尼力出现饱和;最大阻尼力与振幅基本无关。(a)(b)(激振频率f=2Hz,振幅A=15mm)图2不同电压下磁流变阻尼器的阻尼力关于位移、速度的滞回曲线2磁流变阻尼器的数学模型2.1Bingham塑性模型磁流变液的本构关系可近似用Bingham塑性模型描述。对于正
7、的剪切应变率,剪切应[2～3]力近似为618振动工程学报第13卷*aS=Sy=GC(1)a式中S为剪切应力,Sy为屈服应力,G为粘性系数,C为剪切应变率。根据磁流变阻尼器结构和Bingham塑性模型本构关系,可得出磁流变阻尼器活塞杆上的阻尼力aaFd(t)=fysign(L(t))=CbL(t)+f0(2)式中fy为磁流变液的屈服力,Cb为屈服后的粘性阻尼系数,f0为由磁流变阻尼器的气体蓄能器的气压产生的偏置力。该模型假定:磁流变液屈服前是刚体;屈服后则开始流动,并且是非零屈服力的牛顿流体,从而具有单值的速度-力关系。2
8、.2非线性滞回模型为了表示磁流变液屈服前的非刚体特性和磁流变阻尼器的非线性滞回特性,通过对上行和下行两条单值性曲线的多次非线性回归分析,可假定在屈服前为非线性塑性流动,屈服后为线性粘性流动。由此,本文提出一种非线性滞回模型如下a2f-1aabf0+Cb1L(t)+y1tg(k1(L(t)-L01))L≥0PFd(t)
