正弦激励作用下磁流变阻尼器温升理论与试验研究

　　0 前言

　　近年来，磁流变阻尼器已成为最具发展前景的半主动能量减振器，其优点主要表现在能耗低、动态范围广、响应速度快、结构简单、阻尼力连续可控、环境鲁棒性及易与微机控制结合等方面[1-2]。磁流变阻尼器已在多种领域被广泛用来进行结构振动控制，如土木结构[3]，车辆悬架系统[4-5]，振动隔振系统[6]和制动系统[7]等。

　　磁流变阻尼器作为一种能量耗散装置，能将外界输入的振动能转换为自身的热力学能并耗散，该热力学能表现为磁流变阻尼器在服役条件下的内部温升。然而，过高的温度不仅会降低相关元器件(如密封件)的使用寿命，而且还会影响磁流变阻尼器的阻尼特性，如磁流变液黏性在高温下降低，励磁线圈电阻受高温影响而增加等。为此，有必要研究其温升理论模型，进而从结构设计上避免各工况下过高温度的产生。MAKRIS 等[8-9]利用流体单元的三维传热模型，分别对小振幅和大振幅(磁流变阻尼器振幅与其活塞直径数量级相同)作用下的流体阻尼器进行了温升理论的研究，另外，GORDANINEJAD等[10-11]也利用集总参数法对磁流变阻尼器建立了一个温升理论模型，并通过试验对该理论模型进行了验证。

　　本文首先介绍磁流变阻尼器的温升原理，在此基础上建立磁流变阻尼器在大振幅正弦激励条件下的温升理论模型，并进行试验验证。

　　1 磁流变阻尼器的温升原理及模型

　　1.1 磁流变阻尼器的温升原理

　　磁流变阻尼器一般由液压筒、活塞杆、活塞头、绕制于活塞头的励磁线圈、及分隔液压腔与气压腔的浮动活塞或隔板组成，并且活塞杆与活塞头相连，在活塞头与液压筒间形成环形阻尼通道，如图 1 所示。位于活塞头上的励磁线圈在可控电流作用下会在位于环形阻尼通道的磁路上产生出变化的磁场，从而使环形阻尼通道中磁流变液产生相应的屈服应力，增加的屈服应力会影响流经阻尼通道磁流变液的速度，进而影响活塞头两端轴向压降。当活塞杆受到外载荷作用而整体运动时，磁流变液流过活塞头与液压筒间的环形阻尼通道，活塞杆上产生一定的阻尼力，该阻尼力又可分为依赖于速度的黏性阻尼力和依赖于励磁电流的库伦阻尼力及作用于活塞杆上的摩擦力。即作用于磁流变阻尼器上的阻尼力 Fd由黏性阻尼力F?、库伦阻尼力F?和摩擦力fF 组成，即

　　磁流变阻尼器通过磁流变阻尼力做功实现能量的耗散，耗散能被转换为磁流变液的热力学能，表现为磁流变液的温升。磁流变阻尼器中磁流变液的热力学能fE，它由磁流变阻尼力做功和励磁线圈的电阻热组成，即有关系式