双筒磁流变阻尼器动力学特性研究

　　磁流变阻尼器动力学特性是表述磁流变阻尼器的阻尼力与活塞运动之间的关系,其数学描述即为磁流变阻尼器力学模型。建立磁流变阻尼器力学模型的一种方法是直接从磁流变液的剪切应力与应变率的本构方程出发,再根据磁流变阻尼器的结构参数来导出,这类数学模型适用于磁流变阻尼器的结构设计[1];第二种方法是以描述非线性磁滞系统的Bouc-wen模型为基础,把磁流变阻尼器力学特性表示为一个集弹簧、阻尼器及其他物理元件的集成系统[2~5],这类模型能有效地反映磁流变阻尼器的非线性特性,但这些方程的数值解很困难,因此,这类模型在控制中应用不方便;第三种方法是根据磁流变阻尼器的动力学实验结果,用方程拟合曲线的方法建立力学模型[6],但由于磁流变阻尼器的非线性动力学特性,用这类方法表述有时很难得到理想的力学模型。本文根据自行设计的双筒磁流变阻尼器的动力学实验,建立双筒磁流变阻尼器的力学模型,并且分析加速度对其动力特性的影响。

　　1　双筒磁流变阻尼器动力学实验及力学模型

　　双筒磁流变阻尼器的结构与单筒磁流变阻尼器的结构有所不同,但总的受力特点相同,要建立双筒磁流变阻尼器的力学模型,必须对双筒磁流变阻尼器进行动力学实验。

　　图1是实验研究的双筒磁流变阻尼器,图2是磁流变阻尼器的动力学实验台。由于温度对磁流变阻尼器的动力学特性有一定影响,实验是在磁流变阻尼器工作温度为35℃下进行的,控制和信号采集用dSPACE系统,采样频率为400 Hz。

　　图3是激励电流分别取0A、0. 5A、1A、1. 6A下,施加振幅为±30mm、频率为3Hz正弦波位移激励的力—时间曲线;图4是上述情况的力-位移曲线;图5是经过整体上移0. 08kN的力-速度曲线,这是考虑阻尼器补偿气室存在所引起的初始静态力。

　　图6是电流为零时,不同的等速度下双筒磁流变阻尼器力-时间曲线,图7、8、9是不同电流、不同等速度下的双筒磁流变阻尼器力-时间曲线。

　　根据实验曲线可以看出:

　　1)双筒磁流变阻尼器的力-速度特性曲线总体为一个不对称的双曲线,在低速(前屈服区)下具有磁滞,在较高的速度(后屈服区)下则是一个线性增加的力。无论是在前屈服区还是后屈服区,阻尼力都是速度的递增函数。

　　2)当控制电流为零时,磁流变阻尼器阻尼力表现为几乎完全的牛顿流行为,即阻尼力-速度表现为粘弹性关系。而在阻尼力-位移曲线中,由于补偿气室的存在,使曲线不形成一个完整的椭圆曲线,上面为一个椭圆曲线,下面为另一个椭圆曲线。这主要是由阻尼器补偿气室气体受压的力学行为引起的。