磁流變彈性體對(duì)寬頻激勵(lì)平臺(tái)隔減振研究.pdf

1、磁流變彈性體(MagnetorheologicalElastomers-MRE)是磁流變材料的一個(gè)新的分支。它是由磁性顆粒和高分子聚合物基體構(gòu)成，與其它磁流變材料類似，其典型特征是模量和阻尼等性能可由外加磁場(chǎng)來控制，且響應(yīng)快（毫秒級(jí)）、可控性好。目前，已有研究者利用磁流變彈性體變剛度這一特性，設(shè)計(jì)了基于結(jié)構(gòu)移頻原理的動(dòng)力吸振器和汽車懸掛軸襯等器件，這意味著磁流變彈性體在振動(dòng)控制等工程領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景，但距離磁流變彈性廣泛應(yīng)用工程化

2、還有很大差距:一方面磁流變彈性體的磁致效應(yīng)需要提高;另一方面其綜合性能亦要考慮，如:機(jī)械性能、老化性能等。而目前多數(shù)研究者僅考慮如何提高其磁致效應(yīng)，忽略了其阻尼和機(jī)械性能。對(duì)于磁流變彈性體微觀機(jī)理研究，現(xiàn)有模型在考慮磁性顆粒間磁致作用時(shí)，少有考慮顆粒間距對(duì)其磁致作用的影響，并且磁流變彈性體宏觀力學(xué)模型方面的研究相對(duì)更少。
　　本文以研制高性能磁流變彈性體、建立其微觀和宏觀力學(xué)模型、設(shè)計(jì)用于平臺(tái)結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制的隔減振裝置為目的，圍繞其

3、開展了磁流變彈性體的制各、力學(xué)性能試驗(yàn)與分析、微觀機(jī)理及宏觀力學(xué)行為等相關(guān)理論和試驗(yàn)研究?；谝陨瞎ぷ?，對(duì)用于平臺(tái)結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制的磁流變彈性體隔減振裝置進(jìn)行了磁路優(yōu)化與分析;并對(duì)加入MRE隔減振裝置的隔減振平臺(tái)系統(tǒng)進(jìn)行了動(dòng)力反應(yīng)數(shù)值仿真分析及其參數(shù)優(yōu)化分析。以下是本文研究的主要內(nèi)容及結(jié)論:
　　(1)在課題組長(zhǎng)期以來對(duì)粘彈性材料及磁流變液研究的基礎(chǔ)上，研制了以天然橡膠和溴化丁基橡膠為基體的磁流變彈性體，并討論其工業(yè)化制備工藝。

4、>　　(2)對(duì)研制的磁流變彈性體進(jìn)行了相關(guān)力學(xué)性能測(cè)試，分析了外加磁場(chǎng)強(qiáng)度、頻率、應(yīng)變幅值、羰基鐵粉含量及預(yù)結(jié)構(gòu)化對(duì)其磁致剪切模量和損耗因子的影響。從物理機(jī)械性能、準(zhǔn)靜態(tài)力學(xué)性能及動(dòng)態(tài)力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果來看，所研制的磁流變彈性體在不降低磁致效應(yīng)情況下，具有良好的機(jī)械性能及阻尼特性。
　　(3)通過討論顆粒間距對(duì)顆粒間磁致作用力的影響，基于磁偶極子理論，提出了能夠反映磁流變彈性體內(nèi)磁性顆粒不同分布形式的微觀物理模型——主鏈吸附模型，并

5、推導(dǎo)了磁致剪切模量的計(jì)算公式。理論及試驗(yàn)結(jié)果表明，該模型計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)值吻合較好。
　　(4)在一般粘彈性材料力學(xué)模型的基礎(chǔ)上，引入非線性彈簧單元及分?jǐn)?shù)階導(dǎo)數(shù)粘壺單元，提出了磁流變彈性體的磁致粘彈性參數(shù)模型，用來描述其在外加磁場(chǎng)下的磁致粘彈性力學(xué)行為。利用動(dòng)態(tài)性能試驗(yàn)結(jié)果對(duì)所提出的參數(shù)模型進(jìn)行參數(shù)識(shí)別，并將模型計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)二者吻合較好，這說明該模型能夠用來描述磁流變彈性體在外加磁場(chǎng)下的磁致粘彈性力學(xué)行為。

6、>　　(5)設(shè)計(jì)了一個(gè)用于平臺(tái)結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制的磁流變彈性體隔減振裝置。利用AnsoftMaxwell軟件，對(duì)磁流變彈性體的相對(duì)磁導(dǎo)率及磁化飽和點(diǎn)進(jìn)行了有限元計(jì)算分析，并對(duì)該裝置的磁路結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)及參數(shù)優(yōu)化。最后，對(duì)優(yōu)化后的磁流變彈性體隔減振裝置進(jìn)行了磁場(chǎng)有限元分析，分析了裝置的磁場(chǎng)分布情況。分析結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)裝置的磁路結(jié)構(gòu)比較合理。
　　(6)采用“多道防線”措施的平臺(tái)結(jié)構(gòu)隔減振方案，建立了該平臺(tái)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力分析模型及運(yùn)動(dòng)方程。結(jié)

7、合所提的平臺(tái)結(jié)構(gòu)智能控制策略，對(duì)加入MRE隔減振裝置的平臺(tái)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了動(dòng)力反應(yīng)仿真分析。仿真結(jié)果表明:所設(shè)計(jì)的隔減振平臺(tái)系統(tǒng)，可以有效地降低平臺(tái)結(jié)構(gòu)在整個(gè)頻域內(nèi)，特別是低頻段內(nèi)(0～10Hz)的動(dòng)力響應(yīng)，與被動(dòng)控制相比，本文所采取的隔減振方案具有良好的振動(dòng)控制效果。
　　(7)采用遺傳算法，對(duì)影響平臺(tái)結(jié)構(gòu)隔減振控制效果的參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化分析。對(duì)優(yōu)化后的隔減振平臺(tái)系統(tǒng)進(jìn)行了動(dòng)力反應(yīng)仿真分析，結(jié)果表明:優(yōu)化后平臺(tái)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)控制效果明顯比優(yōu)

8、化前得到了提高，并且所優(yōu)化的參數(shù)對(duì)正弦激勵(lì)和白噪聲激勵(lì)同樣適用。
　　本文的創(chuàng)新之處在于:
　　(1)研制了機(jī)械性能優(yōu)越且磁致效應(yīng)良好的磁流變彈性體，其中溴化丁基橡膠基磁流變彈性體的損耗因子高達(dá)0.68。
　　(2)提出了反映磁流變彈性體內(nèi)部磁性顆粒分布形式不同的主鏈吸附模型，可更為精確地計(jì)算其磁致剪切模量;并以此為基礎(chǔ)提出了可準(zhǔn)確描述磁流變彈性體宏觀力學(xué)行為的分?jǐn)?shù)階導(dǎo)數(shù)磁致粘彈性參數(shù)模型。
　　(3)提出了磁流