无源自适应磁流变阻尼器的磁场设计与研究

　　磁流变阻尼器是一种采用磁流变液(Magneto-rheological　fluid，MRF)作为阻尼液的新型智能减振器，由于采用的磁流变液的剪切应力可随着磁场强度的变化而变化，其阻尼力便可通过不断改变励磁线圈产生的场强而连续发生变化，这样便实现了对减振系统的智能控制[1].

　　由于常规的MR阻尼器采用励磁线圈给MRF提供磁场，阻尼器在使用中需要外配电源[2]，结构复杂，工作时对能源具有依赖性.当控制系统出现故障或电源失效时，MR阻尼器只能具备单一的阻尼性能，由于MRF的黏度低，根本不具备普通被动油压减振器的阻尼调节功能[3-4]，所以此时的MR阻尼器就起不到应有的减振作用，其安全性大大降低，难以满足航空航天及野战军械等领域对能源的限制及对安全性的要求.

　　针对以上问题，设计了一种无源自适应磁流变阻尼器的磁场结构.由永磁体提供磁场，利用GMM逆效应，把负载力的变化转化为GMM相对磁导率的变化，从而引起磁路中MRF处磁场的变化，最终实现阻尼器的负载自适应.这在航天航空、野战军械、车辆等领域具有广阔的应用前景.

　　1　无源自适应磁流变阻尼器基本原理及磁场设计

　　超磁致伸缩材料(giant　magnetostrictive　material，GMM)是一种新型的功能材料，可以将磁能和机械能进行相互转换，响应速度快[5].GMM逆效应，是指在一定磁场中，给GMM施加外力作用，其磁化强度发生变化的现象[6].磁化强度的变化引起其相对磁导率的变化，GMM受压力越大，其相对磁导率越小.无源自适应磁流变阻尼器利用GMM逆效应使外力的变化转变为GMM相对磁导率的变化.

　　无源自适应磁流变阻尼器采用永磁体提供偏置磁场，主要有图1所示4种构成磁路的方式[7].永磁体叠状方式(a)、(b)易于获得较高的偏置磁场，且永磁体的磁阻方式比(c)、(d)小，方式(b)要求的永磁体之间的距离非常关键，它将影响磁场的均匀性，且降低了系统的刚度.采用圆筒型永磁体(c)、(d)，可获得较均匀的偏置磁场，可有效地提高GMM的利用率，但这种方式难以提供较大的偏置磁场，且增大了磁回路的磁阻.综合以上各因素，无源自适应磁流变阻尼器采用方式(a)的磁路构成方式.

　　根据以上原理设计制作了无源自适应磁流变阻尼器，其结构如图2所示.阻尼器初始状态下受预压力，当活塞杆受到外力作用时，通过弹簧使力加载到GMM上，使用牌号为N35的永磁体，MRF在间隙处磁场的作用下产生阻尼力.

　　工作过程的基本原理如图3所示，由永磁体产生的磁回路可以分为①②两种.工作过程中当活塞杆受拉力时，由GMM逆效应，其内部磁畴沿轴向偏转，相对磁导率变大，使磁回路①的磁通量增大，进而使MRF间隙处的磁感应强度增大，导致由MRF产生的阻尼力增大，如图3(a)所示;反之，当GMM受压力时，其内部磁畴垂直于轴向偏转，相对磁导率变小，进而使MRF间隙处的磁感应强度减小，导致由MRF产生的阻尼力减小，如图3(b)所示.