磁流变减振器基于Matlab的仿真分析

黑龙江工程学院本科生毕业设计 1 磁流变减振器基于 仿真分析 摘要 ： 基于磁流变减振器在汽车悬架减振系统半主动控制中的广泛应用，根据磁流变液的特点和磁流变减振器阻尼力与结构参数的关系，设计了新型的磁流变减振器，并对影响磁流变减振器性能的参数进行了仿真。仿真表明，该磁流变减振器设计计算是一种能优化阻尼力的有效算法。 关键词 ：磁流变减振器；半主动控制；磁流变液 振器的阻尼力计算模型 本文选用剪切阀式磁流变阻尼器工作模式进行结构设计，在结构设计前，必须明确该工作模式磁流变液的流变方程，继而推导出磁流变阻尼力的计算模型，这 是结构设计过程中的依据所在。基于剪切阀式磁流变阻尼器的阻尼通道的宽度远大于其阻尼间隙，因而可简化成磁流变液在两相对运动平板之间的运动。为了简化分析，工作于剪切阀式的磁流变阻尼力可以看成是在阀式工作模式下的阻尼力和剪切工作模式下阻尼力的叠加。 在外加磁场作用下，磁流变液表现 体，其磁流变液在平板的流动和速度分布如图 本构关系可用下列方程描述： s g n y （ 0（ 黑龙江工程学院本科生毕业设计 2 图 流变液在平板中的流动和速度分布 在阀式工作模式下磁流变液的速度分布如图 设磁流变液的体积流速Q在 两平板之间的间隙为 h，长度为 L，宽度为 b，由流体力学可得下列微分方程： （ 式中 u、 x、 是磁流变液在 了简化将压力梯度是为 = p 是阻尼通道两端的压力差； 是磁流变液的密度； 于流动速度低，可不计惯性效应， 0沿 于磁流变流动的连续性，沿 化为： 对其积分可得： 1p （ 由公式（ 知，磁流变液受到的剪切应力沿平板间隙是按线性分布的，靠近平板的磁流变液受到的剪切力最大，而中间对称面上的磁流变液受到的剪切应力最小，根据极板两端压差产生的剪切应力与极板附近磁流变液的临界剪切屈服应力比较，当前者小于后者磁流变液静止不动；当前者大于后者将产生如图 靠近平板处得磁流变液流动；而中间对称区间的磁流变液不流动。可将此时的磁流变液的流动分为屈服流动，刚性流动，屈服流动三个区域。 区域 ：屈服流动 1y0 y 剪切应变率 0d 公式（ 得： y（ 黑龙江工程学院本科生毕业设计 3 将公式（ 1入公式（ ，并注意 u（ 0） =0， 0 1y （ 1y1 （ 122u （ 区域 ：刚性流动 21 ，剪切应变率 0d 理可得： 211 2 （ 区域 ：屈服流动 2 ，剪切应变率 0 将公式（ 入公式（ 已知 u(h)=0， 0解微分方程得： 2 （ 22222)(u （ 由公式和（ 式（ 减可得刚性流动区得厚度 为 y 2 由于存在 21 ，由公式（ 公式（ 得 221 )(22p （ 12 （ 黑龙江工程学院本科生毕业设计 4 由公式（ 公式（ 得： y21；y2y 2（ 流经平板间隙的磁流变液的体积流量 1 21 2000 )()()()( y yy 代入化简可得 （ 经进一步化简可得压差近似公式： yp 312p （ 考虑到阻尼器的实际阻尼通道为环形通道，流动模式下的阻尼力可以表示为： 22420321 (式中 在移动平板的影响下，磁流变液发生屈服流动，剪切模式下磁流变液的速度分布如图 切应变率 0由公式（ 剪切应力可表示为： 假如磁流变液的速度是沿 d 图 切模式下磁流变液的速度分布 黑龙江工程学院本科生毕业设计 5 剪切模式下的阻尼力： 222 (混合工作模式的阻尼力可视为流动模式、剪切模式两种工作模式下的阻尼力的叠加。即 21 ，由于符号的正负只反映活塞运动的方向，因此，整理上式得： 22224032 (式中参数 文 c=2，因此剪切阀式磁流变阻尼器阻尼力为： 24224032 ( 4 ； 2 42 公式可以改为： 0(0032 224 ()( (式中粘滞阻尼力系数：p 22432e ；库伦阻尼力： )s 40 ；0y为 30部分由液体流动时液体粘性产生的粘 滞阻尼力，而另一部分由磁流变效应产生的库伦阻尼力组成。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 6 流变减振器的仿真分析 磁流变减振器的数学模型采用公式 立磁流变减振器的仿真模型如图 图 真模型 图 真图 黑龙江工程学院本科生毕业设计 7 由公式（ 为数学模型可进行计算 。 F=（ ）0V+ （ ） 340 =108 上式的计算结果是在阻尼间隙为 计算而得。在不同的速度下可计算出不同的磁流变阻尼力的值。 图 磁流变减振器的间隙在 ，各个速度下阻尼力的大小。从图中可以看出磁流变减振器的阻尼力随速度的增大而增大。这符合磁流变减振器对阻尼力的要求。 如上变化可绘制在 不同的间隙和不同的速度下，阻尼力的变化关系，表 是磁流变减振器在不同缝隙和不同速度下的阻尼力大小。 表 流变减振器的阻尼力随缝隙和速度的变化关系 缝隙 度 上表中可以看出，随之缝隙的增加，在一定的速度下，阻尼力是随之缝隙的增加而减小的，在一定的缝隙大小的情况下，随着速的增加，阻尼力是增大的，这与汽车实际的行驶情况是一致的。 结 本章是对磁流变阻尼器的 仿真，在仿真的过程中，首先要建立磁流变减振器的数学模型，因为只有建立了磁流变减振器的数学模型，才能为下一步的建立仿真打下基础。仿真运用的软件为 建立了模块后，输入不同频率和电流来找到最大的阻尼力。并分析了影响减振器阻尼力大小的速度和电流的因素。得出了减振器的阻尼力与电流和频率的关系。 参考文献 ： 黑龙江工程学院本科生毕业设计 8 1王金钢，等 J2006,34（ 10）： 192蒙延佩，等 J2006（ 5）：7683司诰，等 J2006（ 5）： 8314蒋建东 张博适用于车辆的旋转式磁流变阻尼器研究 期刊论文 1） 5徐永兴 磁流变减振器优化的设计计算 J2004， 38（ 8）：14236贺建民等，磁流变减振器的分析与设计，第五届全国磁流变液及其应用学术会议，7徐伟，汽车悬架阻尼匹配研究机减振器设计，农也装备与车辆工程， 8 Y, of a ia a 002,8(4):527 9,r D,et R 002,24:309