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《磁流變阻尼器的實(shí)驗(yàn)建?！酚蓵?huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、第13卷第4期振動(dòng)工程學(xué)報(bào)Vol.13No.42000年12月JournalofVibrationEngineeringDec.2000磁流變阻尼器的實(shí)驗(yàn)建模X翁建生胡海巖(南京航空航天大學(xué)振動(dòng)工程研究所南京,210016)張廟康(南京建筑工程學(xué)院機(jī)電系南京,210009)摘要磁流變阻尼器是一種應(yīng)用前景廣闊的半主動(dòng)控制阻尼器?；趯?duì)磁流變阻尼器的實(shí)驗(yàn),建立了描述磁流變阻尼器阻尼特性的Bingham塑性模型和非線性滯回模型。討論了施加電壓(磁場強(qiáng)度)、激振振幅及頻率對(duì)兩種模型的參數(shù)的影響。該文提出的非線性滯回模型具有精度高
2、、參數(shù)識(shí)別過程簡單和準(zhǔn)確反映磁流變阻尼器滯回特性等優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞:阻尼器;建模;滯回;磁流變液體中圖分類號(hào):TB535.1;TB381磁流變阻尼器是一種頗具潛力的半主動(dòng)控制阻尼器,正受到工程界的關(guān)注。這種阻尼器中的磁流變液是一種非牛頓液體,其剪切應(yīng)力由液體的粘性和屈服應(yīng)力兩部分組成,而動(dòng)態(tài)屈服應(yīng)力隨外界磁場強(qiáng)度的增加遞增。通過對(duì)外加磁場強(qiáng)度的控制,可在毫秒級(jí)時(shí)間內(nèi)改變[1]液體的流變特性,使其由液態(tài)變?yōu)榘牍虘B(tài),從而實(shí)現(xiàn)對(duì)阻尼器特性的主動(dòng)控制。為了設(shè)計(jì)控制策略和評(píng)價(jià)磁流變阻尼器在振動(dòng)控制中應(yīng)用的可行性,需要建立磁流變阻尼器的
3、數(shù)學(xué)模型。然而,應(yīng)用流變力學(xué)理論分析磁流變阻尼器的阻尼特性極為復(fù)雜和困難。因此,有必要基于實(shí)驗(yàn)來建立磁流變阻尼器的唯象數(shù)學(xué)模型。Ehrgott和Masri假定電流變阻尼器的阻尼力是速度和加速度的函數(shù),應(yīng)用Chebychev多項(xiàng)式逼近阻尼力。但是,該[2]非參數(shù)模型相當(dāng)復(fù)雜。最近,Spencer等對(duì)LORD公司制造的磁流變阻尼器進(jìn)行實(shí)驗(yàn),根據(jù)Bouc-Wen遲滯模型,引入兩個(gè)內(nèi)變量,構(gòu)造了包含14個(gè)待定參數(shù)的微分方程模型,可較[3]好地?cái)M合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。該模型相當(dāng)復(fù)雜,很難用于動(dòng)力學(xué)分析。Li等將磁流變阻尼器的阻尼力分為屈服前
4、、后兩個(gè)階段:屈服前為粘彈性Kelvin模型,屈服后為粘性阻尼模型。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選用非線性形狀函數(shù)作為屈服前后兩個(gè)階段的平滑過渡,將屈服前后阻尼力和屈服力并[4]聯(lián)求和得到了磁流變阻尼器的非線性數(shù)學(xué)模型。1磁流變阻尼器的阻尼特性實(shí)驗(yàn)本文的對(duì)象是LORD公司中制造的RD-1005型磁流變阻尼器(如圖1)。其活塞上有固X國家杰出青年科學(xué)基金資助項(xiàng)目(編號(hào):59625511)及福特-中國研究與發(fā)展基金資助項(xiàng)目(編號(hào):9715508)收稿日期:1999-09-10;修改稿收到日期:2000-03-15第4期翁建生等:磁流變阻尼器的實(shí)
5、驗(yàn)建模617圖1RD-1005型磁流變阻尼器定的節(jié)流口并安裝產(chǎn)生磁場的線圈,缸體的底部是一充滿氮?dú)獾臍怏w蓄能器?；钊麠U可移動(dòng)行程為52mm,最大輸入電壓為12V,最大電流可達(dá)2A。磁流變阻尼器的阻尼特性實(shí)驗(yàn)過程為:由INSTRON液壓振動(dòng)臺(tái)驅(qū)動(dòng)磁流變阻尼器的缸體相對(duì)于活塞以固定頻率和振幅作簡諧運(yùn)動(dòng);對(duì)磁流變阻尼器施加一常電壓,使活塞上的線圈產(chǎn)生恒定磁場;測量磁流變阻尼器缸體相對(duì)于活塞的相對(duì)位移、阻尼力、加速度和施加于線圈的電壓,經(jīng)DYS多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集后存貯在計(jì)算機(jī)的硬盤。在不同的電壓下,重復(fù)測量和采集。改變液壓振
6、動(dòng)臺(tái)的振動(dòng)頻率和振幅,重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)過程。圖2是振動(dòng)頻率f為2Hz、幅值A(chǔ)為15mm時(shí)不同電壓V下磁流變阻尼器的位移-力和速度-力關(guān)系。由圖可見,磁流變阻尼器的阻尼特性表現(xiàn)為非線性滯回特性。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明:磁流變阻尼器的最大阻尼力隨電壓遞增,當(dāng)電壓達(dá)到一定值后,最大阻尼力出現(xiàn)飽和;最大阻尼力與振幅基本無關(guān)。(a)(b)(激振頻率f=2Hz,振幅A=15mm)圖2不同電壓下磁流變阻尼器的阻尼力關(guān)于位移、速度的滯回曲線2磁流變阻尼器的數(shù)學(xué)模型2.1Bingham塑性模型磁流變液的本構(gòu)關(guān)系可近似用Bingham塑性模型描述。對(duì)于正
7、的剪切應(yīng)變率,剪切應(yīng)[2～3]力近似為618振動(dòng)工程學(xué)報(bào)第13卷*aS=Sy=GC(1)a式中S為剪切應(yīng)力,Sy為屈服應(yīng)力,G為粘性系數(shù),C為剪切應(yīng)變率。根據(jù)磁流變阻尼器結(jié)構(gòu)和Bingham塑性模型本構(gòu)關(guān)系,可得出磁流變阻尼器活塞桿上的阻尼力aaFd(t)=fysign(L(t))=CbL(t)+f0(2)式中fy為磁流變液的屈服力,Cb為屈服后的粘性阻尼系數(shù),f0為由磁流變阻尼器的氣體蓄能器的氣壓產(chǎn)生的偏置力。該模型假定:磁流變液屈服前是剛體;屈服后則開始流動(dòng),并且是非零屈服力的牛頓流體,從而具有單值的速度-力關(guān)系。2
8、.2非線性滯回模型為了表示磁流變液屈服前的非剛體特性和磁流變阻尼器的非線性滯回特性,通過對(duì)上行和下行兩條單值性曲線的多次非線性回歸分析,可假定在屈服前為非線性塑性流動(dòng),屈服后為線性粘性流動(dòng)。由此,本文提出一種非線性滯回模型如下a2f-1aabf0+Cb1L(t)+y1tg(k1(L(t)-L01))L≥0PFd(t)
