舰用磁流变弹性体隔振器设计及性能分析

　　磁流变(MR)弹性体是一种新兴磁流变材料，由于其解决了磁流变液中磁性颗粒的沉降性和团聚稳定性问题，而且结构设计简单，工作时也不需要密封，给工程应用带来了巨大的方便，因而成为目前国内外争相研究的热点。据查阅相关文献表明，目前美国AMAD公司正为海军潜艇水下武器发射系统研制一种磁流变弹性体减振器[1]。研究报告指出，其刚度特性在1 ms之内可以提高达60 ％左右，对外部冲击载荷有着良好的冲击隔离效果。当外部控制系统失效时，可以看作被动保护装置，具有安全保险的功能。该装置有望用于海狼级核潜艇的武器发射防护系统，用于提高发射系统的稳定性和准确性。Ford 公司的 Watson 等申请了一种用于汽车悬架的可变刚度轴衬的专利[2]。将磁流变弹性体置于轴衬内外套筒之间，线圈产生的磁场沿着径向穿过磁流变弹性体，通过控制线圈内部的电流可以改变磁流变弹性体的力学性能。重庆大学的余淼教授等人开展了基于磁流变技术的登月缓冲装置的研究[3-6]，初步设计了环式和三明治式的磁流变弹性体缓冲器。通过高低频激振实验发现，在某一频率范围内，安装有缓冲器的结构的响应加速度信号随着电流的增加而逐渐减小，取得了良好的可控减振效果。Zhou 等[7]、魏克湘等[8]利用磁流变弹性体，研制出具有可控刚度特性的夹层或者三明治梁。通过控制磁流变弹性体夹层的特性，可以改变整个梁的振动响应特性，从而达到减振的目的。磁流变弹性体作为一种智能可控材料，日益受到国内外研究者的重视，在各种减振降噪领域显示出巨大的应用前景。目前主要集中在剪切模式的应用研究，很少对剪切压缩组合状态下的情形进行研究。

　　本文设计一种舰用磁流变弹性体隔振器，并对其静、动态力学性能进行了有限元分析。

　　1 磁流变弹性体隔振器的结构设计

　　根据磁流变弹性体的工作模式以及隔振器的工作特点，初步选择了如图1所示磁流变弹性体隔振器的结构形式。

　　从图1中可以看出，在隔振器中磁流变弹性体处于剪切压缩的状态。与单纯的剪切或者压缩模式相比，剪切挤压模式下磁流变弹性体隔振器具有以下两个优点。

　　（1）隔振器在垂向主要是剪切变形，通过调节隔振器中磁流变弹性体水平方向的倾角，可以改变隔振器的固有频率，容易设计出低频隔振器。其次，压缩的存在可以提高隔振器的横向刚度，确保隔振器的横向稳定性。

　　（2）从可控性的角度来说，隔振器在垂向变形时，剪应变的变大会导致磁流变效应减小。而研制有场制备的磁流变弹性体，沿着颗粒成链或者柱的方向的压缩应变，会增大磁流变效应。这样两者相互作用，有利于减缓垂向剪应变带来的磁流变效应减小。