利用ANSYS的磁流变减振器磁路分析

　　0 引言

　　磁流变减振器是一种阻尼力随外加激励电流大小变化而变化的阻尼可调减振器，激励电流的大小决定了阻尼力的变化范围［1-2］。随着激励电流的增大，磁流变减振器的磁路会产生磁饱和，即使再增大激励电流，磁通密度也不会增加。磁流变减振器磁饱和时的激励电流大小决定了减振器的最大激励电流，也决定了阻尼力的变化范围。磁流变减振器的磁路结构直接影响了磁流变减振器的性能［3］变减振器的磁场分布，对提高磁流变减振器的性能有重要的现实意义。

　　本文采用ANSYS有限元软件，对不同结构的磁流变减振器的磁场分布进行了计算。结果表明，对于单级磁路减振器，增加活塞的长度和工作缸的厚度，可降低同样激励电流下的最大磁通密度，增大磁饱和电流; 对于双级磁路减振器，两个相邻线圈绕向相同对减振器的磁场分布改善不大，而绕向相反对减振器的活塞磁场分布改善较明显。

　　1 磁流变减振器的磁路分析

　　1． 1 磁流变减振器及工作原理

　　图1 所示为基于混合工作模式的磁流变减振器的结构，图 1 中 u 为磁流变液流经阻尼通道的速度，v0为活塞的运动速度。其工作原理为: 减振器的活塞在工作缸内做往复运动，磁流变液从活塞与工作缸中间的间隙中流过，产生阻尼力。改变间隙中磁场强度可改变磁流变液的流动特性，使减振器的阻尼力发生改变。活塞上激励电流越大，减振器产生的阻尼力越大。

　　1． 2 单级磁路

　　单级磁路磁组计算图如图 2 所示，图 2 中 a 为工作缸的厚度，l 为阻尼通道的长度，L 为活塞的长度，h为活塞半径与活塞芯部半径的差值，e 为阻尼通道的间隙，D 为活塞的直径。

　　单级磁路即活塞上仅绕有一组激励线圈，该线圈产生的磁通量 φ = NI/Rm，其中 N 为线圈匝数，I 为激励电流的大小，Rm为整个磁路的总磁阻，Rm为:

　　式中: Rm1为活塞的区域 1 的磁阻; Rm2为活塞的区域 2的磁阻; Rm3为工作缸的区域 3 的磁阻; ln( 1 + 2e/D) /( 2μ0μMRπl) 为磁流变液的近似磁阻［4］; μ0为真空磁导率; μMR为磁流变液的相对磁导率。

　　磁路确定后，磁路中最先磁饱和的区域激励电流，决定了磁路的最大激励电流。理想的状态是磁流变液最先磁饱和。由于磁路中磁通量是定值，即通过每个横截面积的磁通量都是一样的。因此任何一个区域中饱和磁通密度与其磁通量通过的面积乘积值最小，则最先达到磁饱和。取磁流变液的饱和磁通密度 Bmr= 0． 6T，工作缸的饱和磁通密度 B3= 1T，活塞采用工业纯铁，磁通密度 B1= 2． 5T。设 D = 24mm，l =11mm，h = 5mm，a = 1． 5mm，e = 1． 5mm。计算图 2 所示各区域中饱和磁通密度 B 与磁通量通过的面积 S的乘积值，对于区域 1: B1S1= 1 130; 区域 2: B1S2=384． 65; 区域 3: B3S3= 134． 2; 磁流变液区域: BmrSmr=497． 4，对于该结构的磁路，最先达到磁饱和的是工作缸，其次是活塞芯部( 图 2 中区域 2) 。