磁流变液阻尼器综述

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1、半主动控制一磁流变液阻尼控制系统摘要：结构振动控制是一种新型的抗震技术，其中半主动控制是介于被动控制与主动控制之间的一种控制技术,其仅需少量外加能源，便可产生接近主动控制的效果。由智能材料磁流变体制成的磁流变阻尼器不仅具冇结构简单，体积小,反应快，能耗小和阻尼力连续顺逆可调等优点外，而口还易于和计算机相结合。在半主动控制下，磁流变阻尼器可以有效地减小建筑结构的风振和地震反应。因此，国内外己经冇越来越多的学者投入到此方面的研究中來，并已取得了一定的成果。本文根据国内外研究成果，介绍了磁流变阻尼器构造特点，力学模型及其控制算法。关键词：磁流变液阻尼器；力学模型；半主动控制1磁流

2、变液II(-)图2礎场作用卜的流动的磁流变液塑性固体磁流变液(MagnetorheologicalFluid,简称MRF)最早是美国国家标准局Rabinow(1948)发明和研制，它主要由菲导磁性液休和均匀分散于其中的高磁导率，低磁滞性的微小软磁性颗粒组成。在零磁场情况下，流变液的颗粒杂乱无章地分布在液体屮，无规则的自由流动。其力学性能与普通流休一样，是具有线性粘滞力的牛顿流体(如图1所示)。在磁场作用下，MRF可在毫秒级的时间内快速、可逆地由流动性良好的牛顿流体转变为高黏度、低流动性的Bingham塑性同体。磁流变液内的颗粒在两个磁极之间形成颗粒链，沿磁场方向呈“一”字状

3、冇规律的排列，这限制了流体的自由流动，使流体转变成一种具有一定抗压强度(剪切屈服强度和粘滞力的半I古I体)并且此过程可逆(如图2所示)。当磁场撤离后，MRF又恢复成初始牛顿流体。性能最大场强最大剪切屈服应力/KPa表观黏度/(Pas)适用温度/°c杂质敏感性密度/(g/cm3)输入电压/VMRF250A/mm5〜1000.2〜1.0-5〜150不敏感3〜42〜25o°o_oo^oogO^>OCOo■Oc%。。。。。,图1无磁场作用卜的自由流动的磁流变液体MRF主要参数性能优点：(1)所需输入电压小。(2)剪切屈服强度高，可达到50〜lOOKPao(3)对体内杂质影响不敏感，

4、而且温度适应范围宽。2MRFD—磁流变液阻尼器磁流变阻尼器也称MRD,是出磁流变体为主制成的阻尼器。曲于磁流变体的上述性能及优点，所以由它制成的阻尼器也倍受工程界的关注。磁流变阻尼器的工作方式人致可分为调节磁流变体的压力梯度的流动型，提供能量转换的剪切型，以及通过磁流变体调节刚度的挤压型。其中流动型结构简单方便,较多为研究者涉及。国外己研究开发出磁流变体减振器，刹车装置以及光学加工装置。美国的Lord公司J.D.Carlson和NotreDame人学的B.F.SpeneerL^设计并制造出阻尼力达200KN的磁流变阻尼器,用于土木工程的减震和振动控制。目前开发磁流变阻尼器的

5、工作模式有以下三种。(1)压力驱动模式这种模式是目前应用最多的工作模式。其原理如图2-1所示，磁流变体在压力作用下通过固定的磁极，磁流变体流动的方向与磁场方向垂直，可通过改变励磁线圈的电流控制磁流变阻尼器的阻尼力。该系统可用于伺服控制阀，阻尼器和减振器等。

6、h图2T(2)剪切模式其原理如图2-2所示，磁流变体在可移动磁极的作用下通过可控磁场，磁极移动方向与磁场方向相互垂直，这种系统可用于离合器，制动器,锁紧装置和阻尼器等磁流变器件。图2-2(3)挤压模式其原理如图2-3所示，磁极移动方向与磁场方向相同，磁流变体在磁极压力的作用下向四周流动，磁场方向与磁流变体流动方向垂直。磁

7、极移动位移较小，磁流变体产生的阻尼力较大，可应用于小位移大阻尼的磁流变阻尼器件。图2-33磁流变阻尼器计算模型为了更好地描述次流变阻尼器的性能，使得磁流变阻尼器的设计和实际应用更加方便，需要开发出既能够准确描述阻尼器性能又不很复杂的计算模型。冃前国内外的专家已经提出几种不同的力学模型，主要冇Bingham粘塑性模型、Bingham粘弹-塑性模型、Bouc-Wen模型、Spencer模型以及修正的Bouc-Wen模型等。（1）Bingham粘塑性模型Bingham粘塑性模型是有一个库伦摩擦构件和一个粘滞阻尼器并联组成的。阻尼力表达式为F=cQx+fcsgn（x）（3-1）式小

8、，F为总阻尼力；co为粘滞系数；厶为摩擦力，与流体的屈服应力有关。也可表示为（Co无+厶F=l-fc