基于有限元法的车辆磁流变减振器仿真研究.pdf

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1、蓥于布法的辆碜汔壶减德器够真研究口么鸣涛口曹锋口李军口陈赞口口韩乃莉中国南方工业研究院北京100089摘要：对磁流变减振器进行三维磁路有限元分析和阻尼力计算。基于商用磁流变减振器的结构特点，在CATIA软件中建立简化的1／8三维模型：结合Hypermesh软件和ANSYS软件的优点，应用棱边法进行三维静态非线性电磁场分析。通过实验测取磁流变液的性能参数，采用平均磁流变液区域的磁感应强度和磁场强度的方法，获得控制电流与阻尼力关系曲线。关键词：磁流变液减振器有限元法阻尼孔三维静态电磁场中图分类号：TH123；U

2、463．33+5．1文献标识码：A文章编号：1000—4998(2014)08—0054—03磁流变减振器作为半主动悬架的重要元件．是以表1活塞的结构尺寸／mm磁流变液作为阻尼液的减振器具有结构简单、能耗三2R1222R32R42R5低、阻尼力可调范围宽、响应速度快等优点。在不同的39．5143740465控制电流下．活塞内产生的磁场强度不同．使磁流变液2磁流变减振器磁场强度有限元分析的黏度发生变化．从而改变阻尼大小。研究表明．合理的半主动控制悬架能够实现主动控制系统的控制效2．1ANSYS电磁场分析方法果

3、[1-2]．是振动控制研究和应用的主要发展方向之一。根据分析类型、材料特性和分析的物理情况，近年来．有限元法开始用于磁流变液阻尼器的性ANSYS提供标量法、节点法和棱边法3种分析方法。能分析．但对磁流变减振器在进行有限元分析时都简本文所分析的磁流变减振器具有4个均匀分布的圆形化为二维模型．而笔者研究的小孔节流式减振器属于阻尼孔．属于面对称模型忽略4个圆形孔简化为2D非轴对称模型．简化成二维平面模型将产生较大误差．模型会带来较大误差．而3D模型是模拟结构最贴切影响仿真精度因此本文将对磁流变减振器进行三维的模型

4、，这里采用3D磁场分析。由于模型中磁芯材料有限元分析．并推导电流与阻尼力的关系．为减振器的和磁流变液具有不同的非线性磁导特性，ANSYS／Emag设计提供指导意义提供的电磁场分析方法中．磁标量法对于非连续介质求解时将带来较大误差：节点法求解时在不同导磁材1磁流变减振器的结构料的分界面上．矢量位的法向分量非常大．会影响计算本磁流变减振器结构的阻尼孔是由4个圆形阻尼精度：基于棱边法的单元节点自由度矢量势是沿单元孔和1个环形阻尼孑L组成．其剖视图如图1所示4个边切向积分的结果，在进行非连续介质求解时精度高．圆形阻

5、尼孔均匀分布在铁芯上，半径为：环形孔在特别是当模型中有铁区存在时．棱边分析法比节点法边上，空隙为(R一R)。绕在铁芯上的螺旋线圈通电后，更有效。就会形成环形磁场．如图1中用环形回路表示磁路的2．2磁场强度有限元分析分布．通过环形阻尼孔和圆形阻尼孔中的磁流变液就2．2．1建立模型会受到磁场的作用图1中的尺寸见表1。考虑到本文所研究的磁流变减振器的对称性．为了减少单元数量．提高计算速度．取1／8作为模拟的研究对象由于在ANSYS中建立三维模型较复杂．选择在CATIA中建立三维模型，并取三维模型的1／8作为研究对

6、象．如图2所示2．2．2单元属性定义及网格划分ANSYS只提供了一种实体棱边单元Solidi17．其形状为六面体．有20个节点。将三维模型的1／8-~A．Hyperinesh中划分六面体网格．有限元模型如图3所收稿日期：2013年12月2014／8机械制造52卷第600期22·2·5I，—一{／11．2．0}／，f／毫·5I／富·0O．1．0。——／l，IO00．5fl，10400800l200l6OO2oooH／(A·m)H／(A·m)／(kA·m)▲3有限元模型▲图4TD4的BH曲线▲图535号钢的BH

7、曲线▲图6磁流变液的BH曲线磁力线平行拄坐标系磁力线平行磁力线(左右平行两剖面(内外环两端面)▲图7电流密度方向▲图8有限元模型及边界条件(a)环形磁流变液磁通密度矢量图(b)缸筒磁通密度矢量图▲图9磁通密度矢量图示。划分好网格后在Hypermesh中建立ETTvpe为Solidll7的单位．并将其赋给所有的网格2．2-3定义材料由于模型中有多种材料区域，如：空气、活塞杆、铁芯、磁流变液、活塞外筒和缸筒等．每种材料都要输入相对的材料特性空气和电流线圈为非磁性物质．相对磁导率为1；铁和活塞外筒的材料为_T业纯

8、铁TD4．根据机械手册提供的电磁性能．在ANSYS中定义其u“一ilJ】I．“”0‘¨”2，02’nl1BH曲线(为磁感应强度，T；日为磁场强度，A／m)。如(a)有限元模型磁感应强度分布(b)有限元模型磁场强度分布图4所示；活塞杆和缸筒的材料为35号钢．查询常用▲图1O求解结果钢材磁特性曲线汇编．在ANSYS中定义其BH曲行边界条件．如图8所示。线．如图5所示；用BH测试仪对所选用的磁流变液进2．2．5求解行测