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购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 本科学生毕业设计 磁流变式汽车减振器设计 系部名称： 专业班级： 学生姓名： 指导教师： 职 称： 黑 龙 江 工 程 学 院 二 *年 *月 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 s 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 毕业设计（论文）任务书 学生姓名 系部 专业、班级 指导教师姓名 职称 从事 专业 是否外聘 是否 题目名称 磁流变式汽车减振器设计 一、设计（论文）目的、意义 分析磁流变减振器的工作模式，结合现有汽车液压筒 式减振器的结构和工作特点，对磁流变减振器进行结构设计，对磁流变减振器的磁路进行设计。 二、设计（论文）内容、技术要求（研究方法） （一）主要设计内容 磁流变减振器的磁路设计；减振器的结构设计；对减振器的性能进行分析。 （二）主要技术指标、要求 零场粘度低，在相同剪切屈服应力的条件下，使磁流变的阻尼器调节范围更大； 流变体的剪切屈服强度至少达 30相当宽的温度范围 ()具有良好的稳定性；磁流变响应时间短 (毫秒级 )，使磁流变阻尼器能跟上控制系统的响应速度 ； 三、设计（论文）完成后应提交的成果 1、设计说明书一份， 2、 磁流变减振器装配图一张、零件图若干张，折合三张 纸。对所设计的磁流变减振器进行性能仿真，分析仿真结果，小论文一篇。 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 四、设计（论文） 进度安排 1、 进行文献检索查，查看相关资料，对课题的基本内容有一定 的认识和 了解 。完成开题报告。第 1 2月 28日 3月 11日） 2、 初步确定设计的总体方案，讨论确定方案 ；对磁流变减振器进行初步设计和选取。 第 3（ 3月 14日 4月 8日） 3、 提交设计草稿，进行讨论，修定 。 第 7周 （ 4 月 11 日 4月 15日） 4、详细设计液压系统，设计非标件，绘制减振器装配图及零件图。 第 8 4月 18日 5月20日） 5、 提交正式设计，教师审核 。 第 13 5月 23日 6月 3日） 6、 按照审核意见进行修改 。 第 15周 （ 6月 6日 6月 10日） 7、 整理所有材料，装订成册，准备答辩 。 第 16 周 （ 6月 13 日 6月 17日） 五、主要参考资料 1 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， 2 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， 3 李连进，磁流变阻尼器的参数优化与特征仿真，兰州理工大学学报， 、备注 指导教师签字： 年 月 日 教研室主任签字： 年 月 日 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 毕业设计（论文）开题报告 设计（论文）题目 : 磁流变式汽车减振器设计 院 系 名 称 : 专 业 班 级 : 学 生 姓 名 : 导 师 姓 名 : 开 题 时 间 : 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 毕业设计（论文）开题报告 学生姓名 系部 专业、班级 指导教师姓名 职称 从事 专业 是否外聘 是 否 题目名称 磁流变式汽车减振器的设计 一、 课题研究 现状、 选题 目的 和意义 （ 1）课题研究现状 磁流变阻尼器因其具有结构简单、控制方便、响应速度快、消耗功率小、抗污染能力强和输出力大、阻尼力连续可调等优点，它利用了磁流变液在磁场作 用下能在毫秒级的时间内从牛顿流体转变成具有一定屈服强度的黏塑性体的智能特性，仅需要很小的能量输入就能产生较大的阻尼力，尤其适合在土木结构的抗风抗震中应用。在汽车、机械、土木建筑等的振动领域得到了广泛的应用和发展。现有的磁流变阻尼器的工作模式有阀式、剪切式、挤压式、剪切阀式。磁流变阻尼器已成为汽车半主动悬架系统中的研究热点。 近几年，对于磁流变阻尼器研究主要关于两个方面，对磁流变阻尼器优化方面的研究和对磁流变阻尼器控制策略的研究。 对于磁流变阻尼器研究关于优化方面的内容主要集中于结构参数的优化以及磁路优化等方 面。现在就这两方面内容对其进行介绍。 1）磁流变阻尼器结构参数优化 为了提高磁流变阻尼器的可调范围和可控力值，需要对磁流变阻尼器的结构参数进行优化，以使其阻尼性能达到最佳。在早期的磁流变阻尼器的研究中，主要对单一目标函数进行优化，以得到最佳的结构关键尺寸，如间隙大小，有效长度及线圈匝数等。 西北工业大学的邓长华等人对双出杆磁流变阻尼器结构参数进行优化，其仅选择可调范围作为目标函数，利用 化出线圈匝数、阻尼通道厚度以及阻尼通道长度。 西安交通大学的吴龙等人从磁流变阻尼器设计原理入手，采用 对称理论模型对小型单出杆式磁流变阻尼器进行了结构参数的优化研究。其选取推导出的有效长度公式为目标函数，利用 化工具箱进行优化，确定相关参数值代回原阻尼力及可调范围公式反复比对，已达到最佳效果。 对于阻尼力或可调范围的这种单目标优化，涉及到的设计参数比较少，在计算过程上仅从磁学角度考虑结构参数对阻尼力的影响，优化的效果上讲，具有一定的局限性。近几年的结果优化中出现了一些针对阻尼力和可调范围等从力学和磁学双重角度考虑的多目标优化方法。 比较早的是烟台大学的陈义宝等人采用灰色系统理论的关联度计算 方法，对磁流变阻尼器的结构参数进行优化设计，其选定阻尼力可调范围、粘性阻尼力和可调阻尼力作为优化目标，利用优化软件库 设计主要参数进行多目标参数优化。 哈尔滨工业大学的关新春等人以阻尼力和可调信数为优化目标，以磁流变阻尼器关键结构参数为变量，；利用多目标遗传算法，在优化软件 对磁流变阻尼器进行优化设计和分析。以及南京理工大学的张莉等人，安徽科技学院的易勇等人运用相应的软件工具和方法，对磁流变阻尼器进行了相应的多目标优化方面的研究。 2）磁流变阻尼器磁路优化 磁流变阻尼器设计磁 路的目的是将磁通量引导并集中到环形间隙中的活性磁流变液区，最大限度地降低磁芯材料及非工作磁流变液区中的能量损失，保证足够的横截面积降低磁芯材料中的磁阻。在磁路的设计过程中，所得到的结构参数结果是多样化的，而且每种结果使磁流变减振器发挥的效能并不一样，所以必须对结构参数进行优化，使磁路系统发挥最佳的功能。目前，多数采用 到优化前后的磁感应强度图，优化后的磁路系统在阻尼环内的磁场强度基 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 本都垂直于磁流变液流动的方向，有效地减少漏磁，提高了磁场利用率。除此之外，西安石油大学的王治国等人 用正交试验方法对磁流变阻尼磁路进行了优化方面的研究，重庆工学院的富丽娟等人对电控信号变化的响应快、控制范围大为设计目标用最小二乘法对磁流变阻尼器磁路进行了优化方面的研究等等。 近年来，国内外学者应用控制理论提供的方法在汽车半主动悬架控制系统的研究反面做了大量的研究工作。汽车半主动悬架是一个非线性系统，动力学模型参数具有不确定性，考虑到半主动悬架控制的实时性，提高系统的响应时间是非常关键的，不宜采用过于复杂的算法。目前，在汽车半主动悬架中应用的悬架主要有以下几种： 1）天棚阻尼控制方法 天棚阻尼控制方法是 1974 年由美国 授提出的一种半主动悬架基本控制方法。该方法的原理是在车身上施加一个正比于车身绝对速度的阻尼力，通过合理选择相关参数，可彻底清除系统共振现象。天棚阻尼控制法简单、易行，但由于粘度特性的限制，理想的天棚控制效果是无法实现的，且阻尼系数的频繁、小连续切换要求阻尼器具有较宽的频率。 2）自适应控制方法 自适应控制研究始于 80 年代初，由于车辆悬架模型有误差，存在非线性和受控车辆结构参数变化，许多学者认识到自适应控制的必要性。基于线性时不变控制方法能使系统当参数发生变化时，其性能趋于理性的系 统。它主要用于受控对象及其参数存在严重不确定性的情况。 3）最优控制方法 最优控制是半主动悬架控制中应用比较广泛的一种方法。通过建立半主动悬架系统的状态方程，考虑不同的性能指标并提出控制目标函数，来分析当汽车受到路面随机激励时，半主动悬架性能指标的最优控制方案。应用于车辆悬架系统的最优控制可以分为线性最优控制，最优预报控制等等。 4)智能控制方法 智能控制是一个新兴的研究领域，善于解决那些传统方法难解决的复杂系统的控制问题，并具有较强的容错能力、学习能力、自适应能力和自组织能力，是一类无需人为干预就能独立地 驱动智能机器，实现其目标的自动控制。它研究的对象不是被控对象而是控制器本身。智能控制主要包括模糊控制、神经网络控制以及遗传算法控制等。 （ 2）选题目的和意义 汽车在行驶过程中，由于路面的不平坦，导致作用于车轮上的垂直反力、纵向反力和侧向反力起伏波动，通过悬架传递到车身，从而产生振动与冲击。这些振动与冲击传到车架与车身时可能引起汽车机件的早期损坏，传给乘员和货物时，将使乘员感到极不舒适，货物也可能受损伤，严重影响车辆的平顺性和操纵稳定性以及车辆零部件的疲劳寿命。为了缓解冲击，在汽车悬架中装有弹性元件，但弹性系 统在冲击时产生振动。持续的振动易使乘员感到不舒适和疲劳，因此汽车悬架中装有阻尼器。 传统被动悬架不能适应复杂的道路激励和不断变化的行驶工况，因此开发一种能够根据路面情况和车辆运行状态的变化、实时调节其特性，既能保证汽车的操纵稳定性，又能使汽车的乘坐舒适性达到最佳状态的智能悬架系统势在必行。今年来，半主动悬架系统，能够大幅度提高车辆的乘坐舒适性和操纵稳定性，非常适合用于车辆悬架系统的特点，使对它的研究有了较大发展。 磁流变阻尼器作为半主动悬架的执行元件，以磁流变液为介质，通过对输入电流的控制，使其外加磁场强度 发生变化，进而可在毫秒级使磁流变液的磁流性能发生变化，实现流体和半固体之间的转变，从而能够提供可控阻尼力，因此，对双筒式磁流变阻尼器的设计以及结构优化的理论研究十分的必要。 分析磁流变减振器的工作模式，结合现有汽车液压筒式减振器的结构和工作特点，对磁流变减振器进行结构设计，对磁流变减振器的磁路进行设计。 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 二、设计（论文） 的基本内容 、 拟解决的主要问题 1、主要设计内容 （ 1）磁流变减振器的磁路设计； （ 2）减振器的结构设计； （ 3）对减振器的性能进行分析，磁流变减振器进行性能仿真，分析仿真结果。 2、拟解决 的主要问题 （ 1）设计是在利用简化模型设计出磁路结构的基础上，对减振器进行磁饱和分析。 （ 2）确定减振器几个主要结构尺寸对磁饱和现象的影响，在此基础上对磁路结构尺寸进行优化，以避免磁饱和现象过早发生，提高减振器的阻尼力可调范围。 （ 3）磁流变减振器结构材料的选择。 （ 4）磁流变阻尼器的动态范围的确定。 （ 5）阻尼间隙的选取对减振器性能的影响，阻尼通道有效长度的选取对减振器性能的影响。 三、技术路线（研究方法） 四、 进度安排 1、进行文献检索，查看相关资料，对课题的基本内容有一定的认识了解。完成开题报告。第 12月 28日 3月 11 日） 2、初步确定设计的总体方案，讨论确定方案；对磁流变减振器进行初步设计和选取。第 3（ 3月 14日 4月 8日） 调查研究 数据计算、分析、处理 减振器工作要求、主要技术指标的分析 磁流变减振器结构设计、磁路设计 磁流变减振器性能进行性能优化仿真 确定最终设计结果 基于 型的平板结构模型 工作缸外径、内径以及活塞杆直径基本尺寸确定。阻尼间隙、活塞有效长度、线圈匝数确定 一定振幅和频率正弦激励下的阻尼力 尼力 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 3、提交设计草稿，进行讨论，修正。第 7周（ 4月 11 日 4月 15日） 4、详细设计液压系统，设计非标件，绘制减振器装配图及零件图。第 8（ 4 月 18 日 5 月 20日） 5、提交正式设计，教师审核。第 135月 23 日 6月 3日） 6、按照审核意见进行修改。第 15 周（ 6月 6日 6月 10日） 7、整理所有材料，装订成册，准备答辩。第 16 周（ 6月 13 日 6月 17日） 五、 参考文献 1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， 2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， 3李连进，磁流变阻尼器的参数优化与特征仿真，兰州理工大学学报， 4廖昌荣汽车悬架系统磁流变阻尼器研究 学位论文 2001 5王棋民 金建峰磁流变液的流变性能及其工程应用 期刊论文 2002（ 3） 6关新春，欧进萍 2001,20（ 1）： 57王金钢，等 J2006,34（ 10）： 198蒙延佩，等 J2006（ 5）： 7689司诰，等 J2006（ 5）： 83110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 005（ 1） 11徐永兴 磁流变减振器优化的设计计算 J2004， 38（ 8）： 142312王乾龙 李延成磁流变阻尼器设计中的基本问题分析 期刊论文 004（ 11） 13郭大蕾车辆悬架振动的神经网络半主动控制 学位论文 2001 14 Y, of a ia a 002,8(4):527 15,r D,et R 002,24:309、备注 指导教师意见： 签字： 年 月 日 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 摘 要 磁流变阻尼器作为优秀的半主动控制器件，已被广泛运用于各种场合的振动控制。为改善汽车的乘坐舒适性和行驶安全性，提出一种汽车磁流变半主动悬架的控制策略。采用磁流变减振器的车辆半主动悬架系统，由于磁流变阻尼器结构简单、能耗低、反应迅速且阻尼可调，正在成为新型车辆悬挂的发展方向，本文基于磁流变可控流体本构关系的 型，对影响车用磁流变减振器的阻尼力的各种因素进行了综合分析。本文中介绍车用阻尼器的应用与研究现状；磁流变液的组成及磁流变效应基本原理，分析磁流变减振器的工作原理及其数学模型，结合国内 外最新研究成果，综述用于汽车悬架的 制方法。磁流变液作为流变学特性可控的一种智能材料，应用十分的广泛。 关键词： 半主动悬架；磁流变效应；磁流变减振器；仿真模型；磁流变液 购买设计文档后加 费领取图纸 is of of to of be an of in of of a is of RF of as as of of of of of a of 龙江工程学院本科生毕业设计 目 录 摘要 . . 第 1 章 绪论 . 1 述 . 1 流变液的研究 . 1 流变阻尼器研究现状 . 2 究的主要内容 . 3 第 2 章 磁流变阻尼器的 力学模型 . 5 . 5 流变阻尼器工作模式 . 6 数计算模型 . 7 章小结 . 9 第 3 章 磁流变阻尼器的设计 . 10 路设计的影响因素 . 10 . 10 磁分析 . 11 . 12 . 13 . 13 . 13 . 13 . 14 . 14 . 15 . 15 结构优点 . 16 黑龙江工程学院本科生毕业设计 . 16 . 16 . 17 . 19 路的计算 . 19 作缸的计算 . 20 章小结 . 22 第 4 章 磁流变减振器基于 仿真分析 . 23 . 24 . 28 . 29 结 论 . 31 参考文献 . 32 致 谢 . 33 附 录 . 34 附录 . 34 附录 . 37 黑龙江工程学院本科生毕业设计 1 第 1 章 绪 论 述 汽车在行驶过程中，由于路面的不平坦，导致作用于车轮上的垂直反力、纵向反力和侧向反力起伏波动，通过悬架传递到车身，从而产生振动和冲击。这些振动和冲击传到车架与车身时可能引起汽车机件的早期损坏，传给乘员和货物时，将使乘员感到极不舒服，货物也可能受损伤，严重影响车辆的平顺性和操纵稳定性以及车辆零部件的疲劳寿命。为了缓解冲击，在汽车悬架中装有弹性元件，但弹性系统在冲击时产生振动。持续的振动易使乘员感到不舒适和疲劳，因此汽车悬架中装有阻尼器。 传统被动悬架不能适应复杂的道路激励和不断变化的行驶工况，因此开发一种能够根据路面情况和车辆运行状态的变化、实时调节其特性，既能保证汽车的操纵稳定性，又能使汽车的乘坐舒适性达到最佳的状态的智能悬架系统势在必行。近年来，半主动控制悬架系统，能够大幅度提高车辆的乘坐舒适性和操纵稳定性，非常适合用于车辆悬架系统的特点，使对它的研究有了较大发展。 磁流变阻尼器作为半主动控制悬架的执行元件，以磁流变液为介质，通过对输入电流的控制，使其对外加磁场强度发生改变，进而可在毫秒级使磁流变液的流变性能发生变化，实现流体和半固体 之间的转变，从而能够提供可控阻尼力，其具有结构简单、控制方便、相应迅速、消耗功率小和输出力大等优点。目前国内外对双筒式磁流变阻尼器研究内容较少，因此，对双筒式磁流变阻尼器的设计以十分必要。 流变液的研究 所谓磁流变液（ 是一种在外加磁场的作用下起粘性和塑性等流变特性发生急剧变化的材料。其基本特征是在外加磁场的作用下载毫秒的时间内能够快速、可逆地从自由流动的液态转变为半固体，并且呈现可控的屈服强度。 磁流变液主要由三部分组成，他们分 别为软磁性颗粒、载液以及为了防止磁性颗粒沉降而添加的在总组成成分中所占比例很少的添加剂。 1） 软磁性颗粒 软磁性颗粒主要由铁钴合金、铁镍合金、羟基铁等常规的性能优良的颗粒，使用最多的磁性颗粒为羟基铁粉，因为它是工业化生产，产量大、价格便宜，一般成球状，直径尺寸为 1具有如下特点： 黑龙江工程学院本科生毕业设计 2 （ 1）高磁导率，这可以使颗粒在较小的外磁场下，便可磁化成具有较大磁能的颗粒，从而产生较大的剪切屈服强度，以满足磁流变液低能耗的性能指标； （ 2）低磁矫顽力，即具有良好的退磁能力，基本上不存在剩磁，这是磁流变液可以恢复零磁场 状态的要求； （ 3）体积小、内聚力小； （ 4）具有高饱和磁化强度。 ）载液 可用作载液的液体有硅油、矿物油、合成油、水合乙二醇等，对载液的要求是温度稳定性好、非易燃，且不会造成污染，其具有一下特征： （ 1）高沸点、低凝固点，这可以保证磁流变液有较高的工作温度范围，在工作过程中，使磁流变的物理、化学性能稳定； （ 2）高密度，缩小载液体与磁极化粒子的密度差解决磁流变液沉淀问题的最有效的方法； （ 3）低粘度，确保磁流变液具有零磁场粘度低的要求，使磁流变器件具有更大的调剂范围； （ 4）化学稳定性好； （ 5）具备较 高的击穿磁场； （ 6）无毒、无异味、价格低廉。 流变阻尼器研究现状 磁流变阻尼器因其具有结构简单、控制方便、响应迅速、消耗功率小、抗污染能力强和输出力大、阻尼力连续可调等优点，在汽车、机械、土木建筑等的振动领域得到了广泛的应用和发展。目前，磁流变阻尼器已取得了广泛地发展和应用，其结构形式的研发也层出不穷，根据设计结构出现的时间顺序，可分为常规磁流变阻尼器、改进新型磁流变阻尼器以及全新型磁流变阻尼器。 常规磁流变阻尼器，即根据磁流变阻尼器的工作模式而设计出，单级活塞线圈内置式磁流变阻尼器。重庆大学的 廖昌荣、余淼等人是国内最早研究磁流变阻尼器的研究人员，他们根据磁流变体的 型描述，提出了混合工作模式的汽车磁流变减振器的设计原理，如图 塞在工作缸内作往复直线运动，利用线圈产生的磁场来控制磁流变液在阻尼通道中的流动，对减振器的阻尼力实现控制。并且按照长安微型汽车的技术和磁流变液体的性能设计和制作了微型汽车磁流变减振器，并根据长安微型汽车前悬架减振器的技术条件对此进行了实验测试。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 3 图 合模式磁流变阻尼器工作原理 佛山大学汪建晓以及华南理工大学王世旺等人研制了一种自定心挤压式磁流 变弹性阻尼器。以上几种磁流变阻尼器的设计都是在磁流变阻尼器几种工作模式基础上研制出来的单级活塞，线圈内置换绕的磁流变阻尼器。 哈尔滨工业大学的涂奉臣、陈照波等人根据工程上出现的常规阻尼器在高频振动是刚度硬化现象，使高频传递率增大而提出一种带有解耦结构的新型磁流变阻尼器，其结构上的改动并不大，只是将活塞与活塞杆分开，然后利用解耦机构将活塞与活塞杆连接起来，其解耦结构由两个限位挡板和两个螺旋弹簧组成。 南京林业大学的徐晓美等人提出了一种线圈绕于工作缸外的新型磁流变阻尼器。为了避免将激励线圈绕于工作缸外，磁流变阻 尼器中大部分磁力线将平行于磁流变液的流动方向，而无法满足磁流变液产生剪切屈服强度的现象，此结构在工作缸外增加了磁靴结构，既减少了漏磁，又引导磁路使磁力线垂直于磁流变液流动的方向。宁波大学的苏会强等人根据磁流变液在磁场作用下可进行固 计了一种回转式阻尼器。并建立了相应的阻尼器力矩模型。 究的主要内容 本文主要内容是对普通的汽车用减振器进行改进，在原有的双筒减振器的基础上增加上线圈和磁流变液，其主要的结构尺寸工作缸的外径和内径、活塞的直径等都没有发生变化，在原有的这些数据的基础上加上了 线圈和线圈活塞，对线圈的匝数，工作间隙的大小，磁路的设计等方面进行了研究和设计。在查阅资料的基础上，选定了工作模式和阻尼器的力学模型。在给定的工作要求的情况下，对一些重要的部件进行黑龙江工程学院本科生毕业设计 4 了校核，最后对设计的磁流变减振器进行了仿真优化。 主要包括对磁路的设计、结构的设计和最后的仿真分析。 （ 1） 磁路的设计 在磁流变减振器的设计过程中，磁路的设计是一个很重要的环节，决定了磁流变减振器工作范围和效率的大小，在磁路的设计过程中，还要重视对材料的选择，以避免磁阻和漏磁的过大，使减振器不能达到预期的低耗和工作范围宽的目的。选择合适就算模型，就本身的实际出发选择最优的形式，使得减振器在工作过程中能达到设计的要求。 （ 2） 结构的设计 磁流变减振器是基于普通的双筒减振器改变而来的，其中的外形结构和活塞杆的尺寸都没有改变，可按照某微型汽车的原始减振器的结构参数进行设计，不同点在于，内部增加了线圈和缠绕线圈的活塞，这些是需要设计和计算的，也是本论文设计的又一个重点，基于混合模式的磁流变减振器的基础上，在活塞上开有若干个环槽来增加阻尼力，使减震器的阻尼力增大。 （ 3） 仿真 基于 最终的参数进行比对分析，并得 出仿真的结果。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 5 第 2 章 磁流变阻尼器的力学模型 流变液效应及流变机理 20 世纪 40 年代 次发现磁流变现象。在零磁场作用下，磁流变液表现为牛顿流体的特征，其剪切应力等于粘度与剪切率的乘积，在外加磁场的作用下，磁流变液表现为宾汉姆流体的特征，其剪切应力由液体的粘滞力和屈服应力两部分组成，其流变特性的改变表现为屈服应力随磁场强度的增加而单调增加，而液体的粘度不变，当外加磁场达到某临界值时，磁流变液停止流动达到固化，当去掉外加磁场时，它又恢复到原来的状态， 其响应时间仅为几毫秒。磁流变液的这种随外加磁场强度变化而改变流变特性的现象被称为磁流变效应。 磁流变效应是磁流变技术和磁流变液走向工程应用的基础，它具有下列特性： （ 1）在外加磁场的作用下，磁流变液的表观粘度发生变化的过程是连续的、无级的，但这一变化过程是非线性的。 （ 2）在外加磁场的作用下，某磁场强度下，流体停止流动达到固化，当去掉外加磁场时，流体又恢复到原来的状态，磁流变体的由液态转换成固态是可逆的，若这一转化过程是不可逆的话，他的工程应用价值将会受到极大的影响。 （ 3）磁流变效应对杂质不敏感。 （ 4） 可以采用低压，大电流的信号来控制磁场强度的强弱，从而控制磁流变效应，这种控制是安全且容易实现的。 （ 5）在外加磁场的作用下，磁流变体产生磁流变效应的响应时间为毫秒级，这一特性能够满足车辆悬架振动控制的要求。 （ 6）磁流变效应所需的能耗较低，即使发生液体与固体之间的转换也不会吸收或者放出大量的能量，这为磁流变液在车辆工程中的应用提供了方便。 （ 7）在外加磁场的作用下磁流变液体的表观粘度发生的变化时可控制的，这一特性为人们提供了工程应用的基础。 在显微镜下观察可以发现，在零磁场下，磁流变液的颗粒分散是杂乱的，而 在磁场作用下分布却是有规律的，且沿磁场方向成链束状排列，其作用原理如图 黑龙江工程学院本科生毕业设计 6 图 流变颗粒零磁场下的作用原理图 这种颗粒在磁场下成链的原因存在很多的假说，但具有代表性的为场致偶极矩理论。该理论认为在外加磁场的作用下，磁流变体的磁极化是产生磁流变效应的原因。而磁流变流体的变稠和产生抗剪屈服现象，也是由于磁场引起的作用力形成的。整个磁流变效应的发生过程是：磁场作用下分散颗粒发生磁极化，形成偶极子现象，带有偶极矩的颗粒产生定向运动，颗粒在磁力的作用下定向排列，颗粒从无序随机状态到有序化、成链、 成束或形成某种结构，对外呈现明显的表观粘度增大、凝固以及剪切屈服应力，即磁流变效应。在磁场作用下固体颗粒的磁极化是产生磁流变效应的主要因素。 在外加磁场作用下，颗粒发生上述所述的磁极化现象，于是定向移动形成偶极子链。当外加磁场强度较弱时，链数量少、长度短、直径也较细，剪断它们所需外力也较小。随着外加磁场强度的不断增加，取向与外加磁场成较大角度的磁畴全部消失，留存的磁畴开始向外磁场方向旋转，磁流变液中链的数量增加，长度增加，直径变粗，磁流变液对所表现的剪切应力增强，再继续增加磁场，所有磁畴沿外加磁场方向整齐排 列，磁极化达到饱和，磁流变液的剪切应力也达到饱和。磁流变液的屈服应力值随外加磁场的增加而增加。但当达到某一饱和值时，如果再增加磁场强度，磁流变液的力学性质便会基本上不会改变，即达到了饱和磁场下的动态屈服应力。 流变阻尼器工作模式 磁流变阻尼器是一种以磁流变液为介质的半主动控制阻尼器，通过对输入电流的控制，使其外加磁场强度发生变化，进而可在毫秒级使磁流变液的流变性能发生变化，实现流体和半固体之间的转变，从而能够提供可控阻尼力的目的。当磁流变液流过活塞流过阻尼器上下两腔时，由于磁流变阻尼器活塞与工作缸 之间的间隙很小，因此磁黑龙江工程学院本科生毕业设计 7 流变液流过的区域可以近似看似为流过一个无限大的平行金属板，由于流体力学特性，可将磁流变阻尼器工作模式分为四种类型，他们分别是阀式、剪切式、挤压式以及剪切阀式，如图 图 流变阻尼器工作模式示意图 （ 1）阀式（ 磁流变液在压力的作用下流过固定不动的两极板之间，外加磁场垂直穿过极板作用于磁流变液，从而使磁流变液的流动特性发生变化而产生阻尼力的变化。 （ 2）剪切式（ ,磁流变液流过相对运动的两极板之间，外加磁场垂直穿过 极板作用于磁流变液，这种运动使磁流变液产生剪切力，从而使磁流变液的流动特性发生变化而产生阻尼力的变化，流动阻力的变化通过外加磁场控制。 （ 3）挤压式（ 磁流变液在上下运动极板的作用下向四周流动，极板移动反向与磁场方向相同，磁场方向与磁流变液流动方向垂直，从而使磁流变液的流动特征发生变化而产生阻尼力的变化，流动阻尼力的变化通过外加磁场控制。 （ 4）剪切阀式（ ,也称混合式，磁流变液即像阀式那样在压力作用下通过两极板，又像剪切式那样受到两极板相对 运动时产生剪切作用，从而使磁流变液的流动特性发生变化而产生阻尼力的变化，流动阻尼力的变化通过外加磁场控制。 数计算模型 剪切阀式磁流变阻尼器工作于剪切和流动的组合模式，具有结构简单、磁路设计黑龙江工程学院本科生毕业设计 8 方便、出力大等优良特性，其工作原理为阻尼器内腔充满了磁流变液，活塞在工作缸内作往复直线运动，活塞与缸体发生相对运动，挤压磁流变液迫使其流过缸体与活塞间的间隙，在没有外加磁场作用下，磁流变液以牛顿流体作粘性流动，符合牛顿流体的本构关系；当加上磁场后，磁流变液就会瞬间由牛顿流体转变为粘塑体，粘度呈数量级地提高，流体 的流动阻力增加，表现为具有一定屈服力的类似固体的本构关系。此时磁场对磁流变液的作用可用 构关系进行描述，如图 本构关系方程为： 图 型 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 公式 可以改为： 0（ 024 p （ )( （ 从上式可以看出磁流变阻尼器的阻尼力由两部分组成，一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。当阻尼器几何尺寸确定后，假设磁流变液的粘度系数为常数，粘滞阻尼力只是活塞运动速度的函数，而库伦阻尼力只是磁流变液屈服应力的函数，屈服应力受磁场强度控制，因而黑龙江工程学院本科生毕
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