基于三维磁场有限元分析的磁流变阻尼器（MRD）磁路优化分析.pdf

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1、·48·基于三维磁场有限元分析的磁流变阻尼器(MRD)磁路优化分析幸张磊，张进秋，彭志召，毕占东，石志涛(装甲兵工程学院技术保障工程系，北京100072)摘要：对设计的~Ⅱm磁路结构进行了三维磁场有限元分析，查找到MRD磁路结构存在着阻尼间隙磁感应强度偏小的问题，并分析了产生该现象的原因。而后基于理论分析和磁场有限元分析的结果，对MRD的磁路结构进行了优化设计，使MRD阻尼间隙处磁感应强度提高了0．2To经过仿真分析和试验对比，验证了优化设计的合理性。关键词：磁流变阻尼器磁路磁场有限元分析优化设计中图分类号：TH703．62文献标识码：A文章编号：100

2、2．6886(2011)06-(~48．04OptimizingAnalysisofMRDMagneticCircuitBasedon3DMagneticFiIliteElementAnalysisZHANGLei，ZHANGJinqiu，PENGZhizhao，BIZhandong，SinZhitaoAbstract：By3DmagneticfiniteelementanalysisofMRDdesigned，theproblemthatthemagneticfieldofdampclearanceislowerthanexpectedisfounda

3、ndthereasonofwhichisanalysed．ThemagneticcircuitofMRDisoptimizingdesignedbasedOiltheresultsoftheoryanalysisandmagneticfiniteelementanalysis，themagneticfieldofdampclearanceisimproved0．2T．Therationalityofmagneticcircuitoptimizationisvalidatedbyemulationandexperimentation．Keywords：MR

4、D；magnetic；circuitmagneticfiniteelement；optimizingdesign场尚未饱和时，忽略铁心周围空气中的磁通，认为整个磁0引言路中的磁通西是相同的，由磁路欧姆定律：磁流变阻尼器(MRD)是基于智能材料磁流变液的流，，^、朋=f、—+—}=西(。+R棚)(1)变效应设计的新型结构振动控制装置，因其具有耗能低、／xl1／-to,3o，出力大、响应速度快、结构简单、阻尼力连续可调、方便与式中：Ⅳ_励磁线圈匝数，，_电流，Ⅳ卜磁动势，R、计算机控制结合等优点，在土木、机械、航空等领域展现出尺一铁心以及气隙的磁阻。由于气隙

5、的磁导率／Xo很小，了广泛的应用前景，并在实际工程案例中得到了应磁阻很大，而铁心的磁导率。很大，磁阻很小，所以磁路用。中的磁动势主要用来克服气隙的磁阻。MRD的工作原理是通过控制器改变励磁单元的控制为了使MRD励磁单元能耗小、体积小、磁场可调范电流，从而调节阻尼间隙的磁感应强度，使通过的磁流变围宽，根据铁磁材料的导磁特点，在设计时应该注意以下液剪切屈服强度发生变化，起到变阻尼的作用。由此可问题：见，磁路的设计是MRD设计过程中的至关重要的环节，磁1)铁芯材料应选择高磁导率、高饱和磁感应强度、低路设计的好坏直接影响到MRD的阻尼力、可调倍数以及磁滞性的软磁

6、材料，这样一方面可在磁动势M一定的前响应时间等多项重要的性能指标。因此，MRD必须格提下，减小磁阻有利于提高磁感应强度，防止磁路过早磁外重视磁路的合理设计。饱和，同时可保证当外加励磁电流撤去后，磁路中磁场应很快降为零。1磁路设计基本原理和注意事项2)应尽量保证阻尼间隙处磁场方向垂直于磁流变液无论磁流变器件的磁的流动方向，使垂直于方向的磁力线对磁流变效应贡献尽路如何设计，其计算简图一可能大。般均可近似简化为如图1所3)一般磁路结构总有漏磁存在，若磁路设计不好，漏磁通甚至可能比主磁通还大。磁路设计应尽量控制和示的形式。图中，Z一导磁铁心圆环中心线周长，气隙减

7、小漏磁。4)磁路设计应尽量避免磁饱和现象的发生。对于的长度。气隙6很短，当铁芯磁图1磁流变器件简化磁路MRD而言，磁路任何部位发生磁饱和，必将严重影响节流间隙处磁感应强度的进一步提高，抑制阻尼器整体性能。·49·5)对于励磁线圈的设计，除了保证由磁路欧姆定律阻JEff]隙处磁感应强度集中在0．28～0．3T，相对于预期计算而得的磁动势M满足要求外，还应正确协调线圈缠值偏小。绕圈数、电流大小以及线圈直径等因素之问的关系。6)为使有限的磁动势在磁路内产生较大磁通，应在满足使用要求的基础上尽量减小阻尼间隙。研究表明，磁流变液发挥磁流变效应最佳间隙为11Tlnl

8、～2nlln。2三维磁场有限元分析2．1径向节流式MRD的结构及原理图2所示为应