阀体材料对节流孔磁场强度影响的有限元分析

　　1　引　言

　　利用磁流体作减振器减振液,通过控制磁流体的粘度系数可达到控制减振器性能特性的目的。由磁流体力学分析可知磁流体粘度是外磁场强度的函数[1],所以外磁场强度是实现磁流体粘度变化的主要控制参数。实现外磁场强度的改变有3种方法:①采用永磁材料,通过改变所控点到磁源的距离来实现磁场强度的改变;②通过控制节流阀孔磁流体流速方向和外磁场强度方向间的夹角来实现磁流体粘度系数的改变;③采用载流线圈产生电感应磁场,通过改变电流强度的大小达到控制磁场强度的目的。从实施的角度和满足现代流行的电控手段出发,第三种方式更为切实可行。本研究采用的是后一种方法(如图1所示)。但节流孔处磁场强度除了受激励电流强度的影响外,还主要受磁场介质的影响,特别是磁流体的导磁率低于普通钢材的导磁率,可能导致节流孔处严重的磁场强度的削弱,因此对于节流孔处外加磁场强度的计算与节流孔阀体材料的选择就成为研究问题之一。

　　2　有限长载流螺旋线圈内磁场强度的计算

　　如图2所示,根据Biot-Savart定律[2],真空中单环载流线圈内任意位置M点的轴向磁感应强度为

　　若线圈轴向长度为L,径向尺寸为内圈半径R1、外圈半径R2,导线单位横截面上电流密度为n=则可得有限长载流螺旋线圈内任意位置的磁感应强度及磁场强度,分别为

　　3　有限长载流螺旋线圈内轴向磁场强度的有限元计算

　　根据电磁学基本理论,磁性材料的导磁率对磁感应强度及磁场强度的影响极大,磁学性能分布不均匀的介质引起的磁力线、磁感应强度及磁场强度的分布与它们在均匀介质中的分布相比有显著的区别。此种情形无法用解析法明确描述与计算,通常采用实验测得,但实验法有时不方便获得某些场合的数据,有限元法却为解决此类问题提供了新的途径。

　　3.1　多介质工况下减振器磁场有限元建模及边界条件

　　采用1/4减振器节流阀平面模型进行有限元分析。线圈单位面积的激励电流赋值为325/0.0012(A/m²),减振器缸体采用磁性较强的密封钢筒,所以基本无磁泄漏,在边界条件设置时采用无磁泄露选项(结果如图3(b)和(c)所示);为了与真空状态下磁场分布作比较,另外的一个模型无此选项(如图3(a)所示)。分别采用不同的映射网格对本模型各个部位进行合理划分,定性定量地分析了两种不同阀体材质下节流孔内磁场参数的分布变化情况。

　　3.2　材料物性赋值

　　为了进行比较,材料物性赋值分如下3种情况:

　　①真空状态。各种材料磁导率均为1。