基于磁流變阻尼的減震系統研究

何彥雨，徐　帥，段　殼北京林業大學工學院，北京　100083

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基于磁流變阻尼的減震系統研究

何彥雨，徐帥，段殼
北京林業大學工學院，北京100083

摘要磁流變阻尼減速器是一種近幾年來出現的一種新型由智能材料制成的減震裝置。磁流變阻尼減速器相對于傳統的普通液體的減震器具有結構簡單、功耗低、控制應力范圍大等優勢。磁流變阻尼減震器作為一種可控流體減震器有取代傳統減震器的發展趨勢。

關鍵詞磁流變阻尼器；磁流變液；減震

當今社會科技水平不斷向前發展，機械結構也不斷朝著大型化的趨勢發展，所以由大型的機械結構工作時產生的震動問題不容忽視。減震系統的研究作為21世紀基礎科學的變得越來越重要。橡膠金屬減震器作為傳動減震器的代表之一，大多數都是利用減震器本身的結構存儲并消耗掉震動產生的能量來達到使機構抗震或者減震的要求。但是，這種傳動的減震器所采用的減震方式往往自我調節能力非常差，因為在實際工作當中，我們大多數情況是不能預計外界所施加的載荷的作用大小的，所以傳統的減震系統對機械結構工作時的安全要求滿足性較低。

1　磁流變阻尼減震系統簡介

用基于磁流變阻尼的減震系統來控制大型機械結構工作時所產生的震動是近些年減震系統研究的大方向之一。磁流變阻尼的減震系統作為一種“智能減震器”，具有良好的可控性能和非線性的特點。

磁流變液（MRF，magnetorhelogical fluids），作為當代一種新型的技術，首次發明是在20世紀40年代，但是磁流變液在被發明之后一直沒有被得到足夠的重視。直到20世紀末，磁流變液技術才得以被人們重視，得到了進一步的發展。

磁流變阻尼減震系統具有阻尼可控的性質，主要由微納米級的磁性顆粒與具有非導磁性的載體液和一定數量的穩定劑混合而形成一種特殊的懸浮液，這種懸浮液是磁流變阻尼減震系統內部液壓缸所采用的阻尼介質。磁流變阻尼減震器在其工作時，其液壓缸內部的“懸浮液”作為一種新型智能材料，其流變特性可以隨著外界所加磁場的變化（一般通過調節勵磁線圈中電流的大小來實現）而發生連續且可逆的變化。所謂可逆，就是當撤除掉外加磁場以后，這種阻尼介質又可以變成可以流動的液體。這種可逆的變化可以實現控制磁流變阻尼減震器的阻尼力。

磁流變阻尼減震系統具有變化過程可逆、響應速度快、調節范圍大等優質特點，所以其在精密儀器加工、機械電子工程、土木工程等領域都具有良好的應用發展前景。

2　磁流變阻尼減震系統原理

磁流變阻尼減震器是當今時代所用的一種新型減震器，這種新型減震器是基于磁流變液的可調控性質的。磁流變阻尼減震器的主要工作原理是在人工外加的磁場的作用下，磁流變液中作為一種特殊的“懸浮液”，其中隨機分布著許許多多的“小顆?！?，這種“小顆粒”可以被外加的磁場所磁化，其磁化后運動的方向基本和磁場的方向平行。磁化顆粒在外加磁場的作用下形成復雜的網狀或者鏈狀結構。因為減震器內部發生了以上的變化，所以使得這種新型減震器的阻尼通道兩端的壓力差發生明顯變化，所以這種減震器被稱為磁流“變阻尼”減震器。

3　磁流變阻尼減震系統結構的震動控制方式

一般用于計算結構的減震效率的表達式是十分繁瑣的，一般安裝減震系統后與安裝減震系統前的振幅值相除，得出的比值即為該結構的減震效率。因為磁流變阻尼減震系統具有可調控范圍大等特點，所以其在建筑方面的應用現在已經十分廣泛。

磁流變阻尼減震器安裝在建筑結構上產生的減震效果與結構的震動響應振幅（通常用大寫字母A表示）的關系是十分密切的。在通常狀況下，我們認為建筑結構的使用性能為一個不變的常數，所以我們在研究某種減震器的時候需要重點研究的是磁流變阻尼減震器的阻尼系數（通常用小寫c表示）、剛度系數（通常用小寫字母k表示）和減震器的質量（通常用小寫字母m表示）。

4　磁流變阻尼減震器的應用

上文中提到了，磁流變阻尼減震器具有結構簡單、功耗低、控制應力范圍大等優勢，所以使得磁流變阻尼減震系統在許多領域都有著很好的應用前景。由于磁流變液在一個（或幾個）很小的外加磁場作用下就可以很容易產生很大的屈服剪應力，這讓磁流變阻尼減震器在精密儀器加工、機器人制造等領域得到了很好的利用。

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中圖分類號TK9

文獻標識碼A

文章編號1674-6708（2016）165-0170-01

作者簡介：何彥雨，北京林業大學工學院。徐帥，北京林業大學工學院。段殼，北京林業大學工學院。