磁流變減振器基于Matlab的仿真分析

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黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 1 磁流變減振器基于 仿真分析 摘要 ： 基于磁流變減振器在汽車懸架減振系統半主動控制中的廣泛應用，根據磁流變液的特點和磁流變減振器阻尼力與結構參數的關系，設計了新型的磁流變減振器，并對影響磁流變減振器性能的參數進行了仿真。仿真表明，該磁流變減振器設計計算是一種能優(yōu)化阻尼力的有效算法。 關鍵詞 ：磁流變減振器；半主動控制；磁流變液 振器的阻尼力計算模型 本文選用剪切閥式磁流變阻尼器工作模式進行結構設計，在結構設計前，必須明確該工作模式磁流變液的流變方程，繼而推導出磁流變阻尼力的計算模型，這 是結構設計過程中的依據所在。基于剪切閥式磁流變阻尼器的阻尼通道的寬度遠大于其阻尼間隙，因而可簡化成磁流變液在兩相對運動平板之間的運動。為了簡化分析，工作于剪切閥式的磁流變阻尼力可以看成是在閥式工作模式下的阻尼力和剪切工作模式下阻尼力的疊加。 在外加磁場作用下，磁流變液表現 體，其磁流變液在平板的流動和速度分布如圖 本構關系可用下列方程描述： ?? ?????????? s g n y??? （ 0??（ 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 2 圖 流變液在平板中的流動和速度分布 在閥式工作模式下磁流變液的速度分布如圖 設磁流變液的體積流速Q在 兩平板之間的間隙為 h，長度為 L，寬度為 b，由流體力學可得下列微分方程： ???????? ?????????????? ??（ 式中 u、 x、 ?是磁流變液在 了簡化將壓力梯度是為 ?= p? 是阻尼通道兩端的壓力差； ? 是磁流變液的密度； 于流動速度低，可不計慣性效應， 0???沿 ? ?于磁流變流動的連續(xù)性，沿????????? 化為： 對其積分可得： 1p ???（ 由公式（ 知，磁流變液受到的剪切應力沿平板間隙是按線性分布的，靠近平板的磁流變液受到的剪切力最大，而中間對稱面上的磁流變液受到的剪切應力最小，根據極板兩端壓差產生的剪切應力與極板附近磁流變液的臨界剪切屈服應力比較，當前者小于后者磁流變液靜止不動；當前者大于后者將產生如圖 靠近平板處得磁流變液流動；而中間對稱區(qū)間的磁流變液不流動?？蓪⒋藭r的磁流變液的流動分為屈服流動，剛性流動，屈服流動三個區(qū)域。 區(qū)域 ?：屈服流動 1y0 y?? 剪切應變率 0d ?公式（ 得： ? ?? y（ 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 3 將公式（ 1入公式（ ，并注意 u（ 0） =0， 0 ?? 1y ??? ?? （ 1y1 ?? ?（ ? ? ? ?122u ?? ? （ 區(qū)域 ?：剛性流動 21 ? ，剪切應變率 0d ?理可得： ? ? ? ? 211 2 ???? （ 區(qū)域 ?：屈服流動 ?2 ，剪切應變率 0?? ?? 將公式（ 入公式（ 已知 u(h)=0， 0?解微分方程得： 2 ?? ?（ ? ? ? ?? ?22222)(u ???? ? （ 由公式和（ 式（ 減可得剛性流動區(qū)得厚度 ? 為 y?????? 2 由于存在 ? ? ? ?21 ? ，由公式（ 公式（ 得 221 )(22p ??? ?? （ ? 12 （ 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 4 由公式（ 公式（ 得： y????21；y????2y 2（ 流經平板間隙的磁流變液的體積流量 ????????? ? ? ?? 1 21 2000 )()()()( y yy 代入化簡可得 ? ? ? ????????? （ 經進一步化簡可得壓差近似公式： yp ? ???312p （ 考慮到阻尼器的實際阻尼通道為環(huán)形通道，流動模式下的阻尼力可以表示為： ? 22420321 ??????(式中 在移動平板的影響下，磁流變液發(fā)生屈服流動，剪切模式下磁流變液的速度分布如圖 切應變率 0?由公式（ 剪切應力可表示為： ? ?? 假如磁流變液的速度是沿 d ??圖 切模式下磁流變液的速度分布 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 5 剪切模式下的阻尼力： ?? 222 ????(混合工作模式的阻尼力可視為流動模式、剪切模式兩種工作模式下的阻尼力的疊加。即 21 ? ，由于符號的正負只反映活塞運動的方向，因此，整理上式得： ?? ?????? ???????? ?? 22224032 (式中參數 文 c=2，因此剪切閥式磁流變阻尼器阻尼力為： ?? ?????? ???????? ?? 24224032 (? ?4 ； ? ?2 42 ? ? 公式可以改為： ??? 0??(0032 224 ?????? ?? ???()(? ?????? ?? (式中粘滯阻尼力系數：p ?? 22432e ??；庫倫阻尼力： )s 40? ?????? ?? ；0y?為 30部分由液體流動時液體粘性產生的粘 滯阻尼力，而另一部分由磁流變效應產生的庫倫阻尼力組成。 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 6 流變減振器的仿真分析 磁流變減振器的數學模型采用公式 立磁流變減振器的仿真模型如圖 圖 真模型 圖 真圖 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 7 由公式（ 為數學模型可進行計算 。 F=（ ?????? ????）0V+ （ ??? ???） 340? =108 上式的計算結果是在阻尼間隙為 計算而得。在不同的速度下可計算出不同的磁流變阻尼力的值。 圖 磁流變減振器的間隙在 ，各個速度下阻尼力的大小。從圖中可以看出磁流變減振器的阻尼力隨速度的增大而增大。這符合磁流變減振器對阻尼力的要求。 如上變化可繪制在 不同的間隙和不同的速度下，阻尼力的變化關系，表 是磁流變減振器在不同縫隙和不同速度下的阻尼力大小。 表 流變減振器的阻尼力隨縫隙和速度的變化關系 縫隙 度 上表中可以看出，隨之縫隙的增加，在一定的速度下，阻尼力是隨之縫隙的增加而減小的，在一定的縫隙大小的情況下，隨著速的增加，阻尼力是增大的，這與汽車實際的行駛情況是一致的。 結 本章是對磁流變阻尼器的 仿真，在仿真的過程中，首先要建立磁流變減振器的數學模型，因為只有建立了磁流變減振器的數學模型，才能為下一步的建立仿真打下基礎。仿真運用的軟件為 建立了模塊后，輸入不同頻率和電流來找到最大的阻尼力。并分析了影響減振器阻尼力大小的速度和電流的因素。得出了減振器的阻尼力與電流和頻率的關系。 參考文獻 ： 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 8 [1]王金鋼，等 J]2006,34（ 10）： 192]蒙延佩，等 J]2006（ 5）：7683]司誥，等 J]2006（ 5）： 8314]蔣建東 張博適用于車輛的旋轉式磁流變阻尼器研究 [期刊論文 ]1） [5]徐永興 磁流變減振器優(yōu)化的設計計算 [J]2004， 38（ 8）：14236]賀建民等，磁流變減振器的分析與設計，第五屆全國磁流變液及其應用學術會議，7]徐偉，汽車懸架阻尼匹配研究機減振器設計，農也裝備與車輛工程， 8] Y, of a ia a 002,8(4):527 [9],r D,et R 002,24:309