文档介绍：新型磁流变阻尼器的磁路设计及磁饱和分析*通讯作者:涂奉臣,男,黑龙江人,博士,研究方向:振动与噪声控制。
涂奉臣*,周滨,周娟,冯学斌
,湖南株洲,412007
摘要: 针对一种新型磁流变阻尼器,利用磁路欧姆定律对其进行磁路设计,得到了磁流变阻尼器的具体磁路参数。采用有限元方法对设计的磁流变阻尼器进行磁路饱和分析,结果认为:在整个磁路当中,活塞中心区域最先达到磁饱和,此时阻尼器的耗能能力达到最大值。在设计此种阻尼器结构时,为了避免磁路过早饱和,需减小活塞中心的磁阻。
关键词: 新型MR阻尼器;磁路设计;磁饱和
中图分类号:TB381 文献标识码:A
1 前言
磁流变阻尼器是一种智能耗能器,它能够根据不同的工况要求提供变化的阻尼力。由于其具有响应迅速,出力大,功耗小等特点,已经在建筑、桥梁和车辆工程领域中得了广泛应用[1],主要用其消耗较大量级的振动能量。对于在隔振当中使用的阻尼器,一方面要求在隔振系统共振时具有大阻尼来抑制共振,另一方面还要求在隔振频域内具有较小的动刚度以达到较好的隔振效果,这在普通的剪切阀式磁流变阻尼器中是较难实现的。为解决此问题,出现了一种新型结构的磁流变阻尼器[2],这种磁流变阻尼器的活塞和活塞杆之间是分离的,因此在设计磁路时会与普通磁流变阻尼器有所差别,本文将对这种新型磁流变阻尼器的磁路进行设计。
磁流变阻尼器的耗能能力随着电流增大而提高,但并不是可以无限提高的,这是由于整个磁流变阻尼器的磁路会存在饱和,当磁路饱和时,即使再提高电流,阻尼器的耗能能力也不会提高。对于每一个具体的磁流变阻尼器,根据磁路的磁饱和特性来确定最大输入电流是必要的。
2 新型磁流变阻尼器的磁路设计
为了在结构尺寸和重量一定的情况下,提高磁流变阻尼器的阻尼力和增大动态可调范围,必须使磁流变液工作在较强的磁场当中,并且磁场强度的变化范围要足够大。因此,磁路的结构设计和计算尤为重要。
根据磁流变阻尼器的工作模式及结构形式的不同,磁流变阻尼器的磁路会有差异,但都是基于磁路欧姆定律来进行设计和计算的[3-4]。这里根据新型磁流变阻尼器的结构,将磁流变阻尼器的计算磁路简化为图1所示的形式。由于这种阻尼器的活塞杆和活塞之间存在间隙,若活塞杆也采用导磁材料制造的话,将使磁路中的磁动势过多地降到这些间隙上,从而降低了工作间隙上的磁动势。因此,在设计时,确定活塞杆由不导磁材料制成。
图1 磁流变阻尼器的磁路
ic circuit of the MR damper
由图1可见,如果忽略磁漏因素的影响,励磁线圈产生的磁力线走向如下:首先通过内外径分别为和的中心筒到一端的侧翼,然后经过侧翼穿过缸体与活塞的空气间隙到达阻尼器外壳,而后通过外壳再次穿过缸体与活塞间的间隙,最后经过侧翼回到中心筒形成一个闭合回路。
为计算阻尼器气隙内的磁场强度,需首先计算磁回路中各段的的磁阻。
中心轴段的磁阻为
(1)
式中,——阻尼器材料的磁导率。
如果侧翼磁阻面积按照侧翼柱体的体积与其半径的比值的计算方法来考虑,则侧翼的磁阻为
(2)
间隙处的磁阻为
(3)
缸体外壳内的磁阻为
(4)
因此,整个磁路的总磁阻为
(5)
将磁路总磁阻带入到以下磁路欧姆定律中
(6)
式中——线圈的磁通量