电流变阻尼器用于抑制系统的振动

　　0 引 言

　　电流变液研究作为一种高新技术正日益受到科技界的高度重视,经过近50年的不懈努力,从机理、材料性能和应用研究的角度都有了相当的进展。因为电流变液具备如下主要特征:(1)可以在电场作用下产生明显的电流变效应,具体表现为抗剪切能力或流动阻力随电场强度的增加而显著增加;(2)在电场的作用下,电流变流体由液态向固态(或类固态)转变是可逆的、连续的;(3)电流变流体在电场作用下的流变过程响应快。因此在应用研究方面可广为利用,如实现汽车的离合器、减振器等的适时控制等。

　　电流变液的力学性能比较复杂。在没有电场的情况下,电流变液基本上是一种牛顿流体,在流动时,其切应力与切应变率成正比。在外加电场作用下,只有当切应力超过某一临界值后,电流变液才开始流动。研究电流变流体阻尼对系统振动的影响是近年的热点问题之一。80年代中期,Stevens等人[1]首先研究了剪切型阻尼对两自由度系统振动特性的影响,他们在激励频率为0.5~5.0 Hz对系统进行了实验研究,结果表明:电流变流体能明显地抑制系统的振动,同时使系统的阻尼具有可控性。由于电流变流体具有在大范围内阻尼可变的特性以及其优良的机电耦和特性,使电流变流体在广泛的振动控制领域有很大的应用前景,因而,研究电流变流体对系统的振动特性的影响具有较大的现实意义。

　　最近几年,人们在对电流变特性进行研究的时侯,许多实验试图从机械和力两方面对电流变特性进行解释[1~5],开始人们意识到电流变流体具有Bingham流体特性,后来,人们发现只有当剪切应变非常小的时候,电流变流体表现为线性特性,当外加电场强度达到一定值时,电流变流体表现出非常强的非线性特性,因此,建立一个可靠的、合理的阻尼模型成为研究电流变流体阻尼对系统振动影响的一个重要问题。

　　文中首先介绍了文献[5]中提出的较为简单的阻尼模型,给出了振动系统的数值分析。结果表明,电流变阻尼器可明显地降低系统的振幅。

　　1 电流变流体的阻尼模型

　　阻尼的性质直接影响结构或系统的动力学性质。阻尼模型的选择既要符合阻尼的物理本质,又要有助于动力问题的求解。电流变流体的阻尼特性十分复杂,为此许多学者对电流变流体的阻尼现象、阻尼机制特别是阻尼模型等方面进行了大量的研究工作。对电流变流体阻尼模型的研究主要有两个方面:一是从粒子与粒子间在电场作用下相互作用的微观角度出发,推导出电流变流体在电场作用下的动力学模型;另一方面是从宏观的电流变流体的阻尼实验现象出发(唯象的),验证某种模型的理论结果与实验结果的近似程度。文献[2]中提出的阻尼模型由以下两部分组成。