设计、制作了阻尼力可调范围大、位移不受限制的旋转剪切式MR阻尼器,进行了MR阻尼器力学性能试验,提出了MR阻尼力库仑摩擦阻尼力峰值与输入电流的玻尔兹曼函数关系。分析了MR阻尼力时程,MR阻尼力与位移、速度关系,以及振动频率、幅值和电流对MR阻尼力的影响。对比MR试验值与基于玻尔兹曼函数Bingham模型值的关系,证明了基于玻尔兹曼函数的Bingham模型是合理的。

为解决磁流变阻尼器的Bingham模型在拟合阻尼力-位移关系时"具有较高精度,但是无法准确描述阻尼力-速度的滞后"的问题,基于传统Bingham模型进行了改进,应用分数阶微分形式的Bingham模型,更加准确地拟合了速度-阻尼力的滞回特性。在改进的模型中以分数阶导数代替了传统模型中位移的一阶导数,既能够描述磁流变液屈服后的粘性剪切流动,又包含磁流变液体在低剪切速率下未屈服时的弹性变形。对一种磁流变阻尼器进行了实验,比较传统Bingham模型和改进分数阶模型阻尼力-位移和阻尼力-速度拟合的精度,分析分数阶微分项阶数与控制电流及阻尼力-速度滞后特性的关系。实验结果表明,分数阶微分形式的Bingham模型拟合磁流变阻尼器力-位移和力-速度关系,其精度均较传统Bingham模型有明显提高。

根据能量保守原理,将微观粒子运动的动能等效成宏观动态屈服的应变能,建立内秉悬浮粒子运动涨落的磁流变液剪切应力的随机多尺度模型.分析表明,悬浮粒子初始随机条件和Brownian运动,以及剪切应变加载过程中,链簇反复断裂、重组的先后次序和数目不均匀,导致系统宏观屈服性态的非线性涨落和随机涨落;同时,微观运动涨落在体积平均过程中被严重弱化,宏观随机涨落相对不明显.拟合Bingham剪变率本构模型则进一步表明,外加场强对宏观屈服性态的变异性有一定程度的影响,磁流变液装置设计中应该考虑物理参数的随机性.

针对空间柔性桁架结构振动半主动控制的需要,提出了一种重量轻、结构紧凑的双活塞磁流变阻尼器。基于磁流变液流变特性和流体动力学理论,通过分析阻尼器节流通道内的流场情况,建立了阻尼力与活塞速度之间的关系。给出了适用于阻尼器初始设计的简化阻尼力计算方法,准静态测试的结果验证了计算方法的正确性。针对动态测试实验结果中输出力在去程和回程的不对称问题,提出了一种改进的非对称双曲正切模型。结果表明,改进模型能够准确描述新型阻尼器的动力学特性,在去程和回程都有很高的建模精度。

磁流变阻尼器是一种阻尼可调的半主动智能控制器件,其磁流变液黏度随外加磁场强度而发生变化,因此磁流变阻尼器表现出复杂的非线性动力学特性。经典Bingham力学模型无法精确描述磁流变阻尼器在不同输入电流工况下力与速度之间的非线性关系,对实现磁流变阻尼器的输出阻尼精准控制存在难度。通过台架试验研究磁流变阻尼器的动态力学性能,提出了一种改进的Bingham力学模型—Rational函数模型。根据试验结果,通过最小二乘法对Ra-tional函数模型进行参数辨识,进一步建立各参数与电流之间的映射关系,并在Matlab/Simulink环境中对磁流变阻尼器在不同输入电流下力与速度之间的非线性关系进行仿真分析。结果表明:Rational函数模型可改进多项式函数模型在电流低于0.5 A时高速段存在的不稳定性和在速度换向拐点处拟合效果不佳的缺陷,在全工况下模拟磁流变...

力反馈或触觉反馈在人与环境交互中是一种十分重要的感知形式,能够给予感觉器官真实的反馈信息,使得操作者能够及时调整操作方向或操作力大小。在医疗、工业、微操作等领域,力反馈或触觉反馈具有广泛的应用前景。设计一种基于磁流变液(MRF)的遥操作机器人主端触觉反馈装置。该装置可应用在远程微装配、微操作等领域,能够给予遥操作者真实的触觉反馈,实现临场操作感,提高操作安全性。此外,该装置能够解决磁流变液阻尼器的漏液问题,减小操作

磁流变阻尼器能够实现阻尼可控,作为半控制的智能器件应用在众多领域。在实验基础上,基于Bingham力学模型,建立了包括线性和非线性的磁流变液阻尼器的力学模型,通过数学方法对模型参数进行辨识,得到对应的方程。由于多项式的非线性模型,容易产生Runge振荡现象,而不能通过有效的方法得到合适阶数,所以采用傅立叶级数建立非线性模型。分别对线性和非线性模型与实验结果进行对比分析,得到的结果表明:线性模型在有加载电流下,低速时不能准确表达阻尼器的实际特性,基于傅立叶级数的非线性模型能够准确地反映磁流变阻尼器的非线性响应,曲线和实验结果基本吻合。研究结果为磁流变阻尼器动力模型的建立提供了参考。

针对传统磁流变（MR）阻尼器阻尼通道利用率低的问题，提出了两种磁路结构的优化设计方案。运用ANSYS软件对这两种MR阻尼器的磁路结构进行二维电磁场有限元仿真，分析结果表明两种MR阻尼器磁路结构设计切实可行。采用Bingham模型对两种阻尼器输出力进行预估并得到不同工作状态下的力一速度曲线，结果表明：由于增加了阻尼通道的有效长度，两种改进的阻尼器比活塞尺寸相同的传统阻尼器的最大出力提高1倍以上。

对自行设计的多环槽式磁流变阻尼器进行了理论分析和实验建模，应用Bingham模型，结合实验数据，建立了磁流变阻尼器的动力学模型；分析模型预测值与实验结果，两者吻合良好，从而证明力学模型的正确性，为磁流变阻尼器设计提供了参考依据。