基于磁流变的动力吸振器特性分析

　　０　引言

　　自从１９１１年动力吸振器问世以来［１］，它在工程实践中得到了广泛的应用。吸振器是通过在需要减小振动的结构（主系统）上附加子结构，改变整个系统振动能量的分布和传递特性，使主系统的部分振动能量转移到附加的子结构上，从而达到控制主系统振动的目的。传统的动力吸振器大多属于被动控制，它对于主系统共振频率附近的窄带响应有着良好的吸振效果，但由于其吸振频带不可调节，对于宽频激励引起的主系统振动，这种被动式吸振器就难以达到好的吸振效果。

　　近年来，为了提高吸振器的应用范围，开始对半主动吸振器进行大量的研究。半主动式吸振器可以根据主系统的振动状态，智能调节自身的结构参数或振动状态，从而实现宽频吸振，提高了吸振器的减振效果和减振频带。目前，半主动式吸振器多为刚度连续可 调构，如机 械式、电磁式［２］和电液式［３］等，而将智能材料如压电、记忆合金和电磁流变液［４］等用于半主动式吸振器的设计，也成为当今研究的热点。

　　在前期工作的基础上，以磁流变液作为智能变刚度单元，改进设计了一种半主动式吸振器。

　　１　磁流变液的刚度特性

　　磁流变液是由基液、导磁性悬浮颗粒和高分子添加剂组成的一种流体。磁流变液的特性受到许多因素的影响，如温度、体积百分比、磁性材料的形状和剪切应力等。磁流变液的流变效应是随着外加磁场强度而变化的。

　　当外界提供励磁电流时，磁流变材料的复剪切模量为：

　　Ｇ＊＝Ｇ０＋ΔＧ（１）

　　Ｇ０为磁流变材料零场剪切储能模量；ΔＧ为磁流变材料磁致剪切模量。

　　磁流变液受到磁场作用时，液体中的颗粒磁化后产生相互作用，使复剪切模量增加，因而改变了磁流变液的刚度，最终实现动力吸振器的宽频吸振。

　　２　磁流变液动力吸振器吸振原理

　　磁流变智能动力吸振器的工作原理如图１所示。图１中，导磁板两端装有线圈，剪切片和磁流变材料都密封在缸筒中。线圈、导磁板等组件与磁流变材料构成闭合磁通回路。这些组件都是安装在铜制的安装基座上，构成动力吸振器的动子。吸振器的基座上还安装有导杆，从而保证吸振器工作在剪切模式下。分析可知：

　　ｋ＝Ｇ＊Ｓ／ｈ　ω＝ ｋ／ ｍ（２）

　　ｋ为动力吸振器的动态刚度；Ｇ＊为磁流变材料的剪切模量；Ｓ为磁流变材料发生剪切的面积；ｈ为磁流变材料的厚度；ω为吸振器的固有频率；ｍ为吸振器的质量。根据磁偶极子模型可知，磁流变液中的铁磁性颗粒在磁场的作用下被磁化，颗粒之间产生的磁场作用力导致剪切模量的增加。