磁流變液阻尼器綜述

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1、半主動控制一磁流變液阻尼控制系統(tǒng)摘要：結(jié)構(gòu)振動控制是一種新型的抗震技術(shù)，其中半主動控制是介于被動控制與主動控制之間的一種控制技術(shù),其僅需少量外加能源，便可產(chǎn)生接近主動控制的效果。由智能材料磁流變體制成的磁流變阻尼器不僅具冇結(jié)構(gòu)簡單，體積小,反應快，能耗小和阻尼力連續(xù)順逆可調(diào)等優(yōu)點外，而口還易于和計算機相結(jié)合。在半主動控制下，磁流變阻尼器可以有效地減小建筑結(jié)構(gòu)的風振和地震反應。因此，國內(nèi)外己經(jīng)冇越來越多的學者投入到此方面的研究中來，并已取得了一定的成果。本文根據(jù)國內(nèi)外研究成果，介紹了磁流變阻尼器構(gòu)造特點，力學模型及其控制算法。關(guān)鍵詞：磁流變液阻尼器；力學模型；半主動控制1磁流

2、變液II(-)圖2礎(chǔ)場作用卜的流動的磁流變液塑性固體磁流變液(MagnetorheologicalFluid,簡稱MRF)最早是美國國家標準局Rabinow(1948)發(fā)明和研制，它主要由菲導磁性液休和均勻分散于其中的高磁導率，低磁滯性的微小軟磁性顆粒組成。在零磁場情況下，流變液的顆粒雜亂無章地分布在液體屮，無規(guī)則的自由流動。其力學性能與普通流休一樣，是具有線性粘滯力的牛頓流體(如圖1所示)。在磁場作用下，MRF可在毫秒級的時間內(nèi)快速、可逆地由流動性良好的牛頓流體轉(zhuǎn)變?yōu)楦唣ざ?、低流動性的Bingham塑性同體。磁流變液內(nèi)的顆粒在兩個磁極之間形成顆粒鏈，沿磁場方向呈“一”字狀

3、冇規(guī)律的排列，這限制了流體的自由流動，使流體轉(zhuǎn)變成一種具有一定抗壓強度(剪切屈服強度和粘滯力的半I古I體)并且此過程可逆(如圖2所示)。當磁場撤離后，MRF又恢復成初始牛頓流體。性能最大場強最大剪切屈服應力/KPa表觀黏度/(Pas)適用溫度/°c雜質(zhì)敏感性密度/(g/cm3)輸入電壓/VMRF250A/mm5?1000.2?1.0-5?150不敏感3?42?25o°o_oo^oogO^>OCOo■Oc%。。。。。,圖1無磁場作用卜的自由流動的磁流變液體MRF主要參數(shù)性能優(yōu)點：(1)所需輸入電壓小。(2)剪切屈服強度高，可達到50?lOOKPao(3)對體內(nèi)雜質(zhì)影響不敏感，

4、而且溫度適應范圍寬。2MRFD—磁流變液阻尼器磁流變阻尼器也稱MRD,是出磁流變體為主制成的阻尼器。曲于磁流變體的上述性能及優(yōu)點，所以由它制成的阻尼器也倍受工程界的關(guān)注。磁流變阻尼器的工作方式人致可分為調(diào)節(jié)磁流變體的壓力梯度的流動型，提供能量轉(zhuǎn)換的剪切型，以及通過磁流變體調(diào)節(jié)剛度的擠壓型。其中流動型結(jié)構(gòu)簡單方便,較多為研究者涉及。國外己研究開發(fā)出磁流變體減振器，剎車裝置以及光學加工裝置。美國的Lord公司J.D.Carlson和NotreDame人學的B.F.SpeneerL^設(shè)計并制造出阻尼力達200KN的磁流變阻尼器,用于土木工程的減震和振動控制。目前開發(fā)磁流變阻尼器的

5、工作模式有以下三種。(1)壓力驅(qū)動模式這種模式是目前應用最多的工作模式。其原理如圖2-1所示，磁流變體在壓力作用下通過固定的磁極，磁流變體流動的方向與磁場方向垂直，可通過改變勵磁線圈的電流控制磁流變阻尼器的阻尼力。該系統(tǒng)可用于伺服控制閥，阻尼器和減振器等。

6、h圖2T(2)剪切模式其原理如圖2-2所示，磁流變體在可移動磁極的作用下通過可控磁場，磁極移動方向與磁場方向相互垂直，這種系統(tǒng)可用于離合器，制動器,鎖緊裝置和阻尼器等磁流變器件。圖2-2(3)擠壓模式其原理如圖2-3所示，磁極移動方向與磁場方向相同，磁流變體在磁極壓力的作用下向四周流動，磁場方向與磁流變體流動方向垂直。磁

7、極移動位移較小，磁流變體產(chǎn)生的阻尼力較大，可應用于小位移大阻尼的磁流變阻尼器件。圖2-33磁流變阻尼器計算模型為了更好地描述次流變阻尼器的性能，使得磁流變阻尼器的設(shè)計和實際應用更加方便，需要開發(fā)出既能夠準確描述阻尼器性能又不很復雜的計算模型。冃前國內(nèi)外的專家已經(jīng)提出幾種不同的力學模型，主要冇Bingham粘塑性模型、Bingham粘彈-塑性模型、Bouc-Wen模型、Spencer模型以及修正的Bouc-Wen模型等。（1）Bingham粘塑性模型Bingham粘塑性模型是有一個庫倫摩擦構(gòu)件和一個粘滯阻尼器并聯(lián)組成的。阻尼力表達式為F=cQx+fcsgn（x）（3-1）式小

8、，F(xiàn)為總阻尼力；co為粘滯系數(shù)；厶為摩擦力，與流體的屈服應力有關(guān)。也可表示為（Co無+厶F=l-fc