[发明专利]磁流变阻尼器快速优化设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种对磁流变阻尼器的结构和磁路进行快速优化设计的方法，属于磁流变阻尼器设计领域。

背景技术

磁流变阻尼器是一种以智能材料磁流变液作为工作介质，通过磁场控制磁流变液的粘度而实现阻尼力调节的阻尼器件，由于其具有可控性好、结构简单、能耗低等优点，在众多领域的结构振动半主动控制应用中具有较好的前景。但是，磁流变阻尼器的结构和磁路的设计与优化是一个十分复杂的过程。传统的磁流变阻尼器结构和磁路的设计与优化方法主要有两种：一是简化方法，将磁路中各导磁材料的磁导率看成常数，基于磁路欧姆定理计算磁路中的磁场，然后对结构进行反复调整，但从实际实施中可以发现，磁场计算结果往往与实际相差较大，没有参考的意义；二是借助于有限元软件，输入各导磁材料的B-H曲线，通过磁路仿真得到磁路中的磁场，经过优化搜索算法或人工反复多次修改结构尺寸，最终选择合理的结构，但此方法的实施过程较耗时，设计效率低。

发明内容

为了解决传统的磁流变阻尼器在结构和磁路的设计与优化方面存在的上述缺点，本发明提出了一种可对磁流变阻尼器的结构和磁路实现快速优化设计的方法。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种磁流变阻尼器快速优化设计方法，其特征在于，它包括步骤：

步骤一：根据期望的可调阻尼力和可调系数，在环形阻尼缝隙的厚度h取一初值的条件下，基于可调阻尼力公式和设定活塞运动速度条件下的可调系数公式，初步确定磁流变阻尼器的缸体横截面内半径R₄和活塞长度L₀；

步骤二：基于针对磁流变液的B-H曲线设定的环形阻尼缝隙中磁流变液预期的最大磁感应强度，计算环形阻尼缝隙的磁通量Φ，以依据磁通量守恒定律，确定出磁流变阻尼器形成的磁力线回路涉及的结构约束，从而根据应用需求调整并确定出磁流变阻尼器相应部件的结构参数；

步骤三：依据磁流变阻尼器形成的磁力线回路建立等效磁路，将整个磁力线回路的总磁阻R_mag分割为若干磁阻部分并给出各磁阻部分的计算公式；

步骤四：基于各磁阻部分的计算公式估算出励磁线圈加载最大电流值时，在不同环形阻尼缝隙厚度条件下，环形阻尼缝隙中磁流变液的真实磁感应强度，以得到环形阻尼缝隙中磁流变液的磁感应强度与环形阻尼缝隙厚度之间的关系，从而检验磁路是否出现磁动势不足或过饱和现象，以对磁流变阻尼器相应部件的结构参数实现调整目的；

步骤五：基于可调阻尼力公式和设定活塞运动速度条件下的可调系数公式，绘制出环形阻尼缝隙厚度与可调阻尼力的关系曲线图以及环形阻尼缝隙厚度与可调系数的关系曲线图，以根据应用需求最终确定环形阻尼缝隙厚度h的取值，以对上述步骤一至四中求出的与环形阻尼缝隙厚度h相关联的相应部件的结构参数进行确定或调整。

本发明的优点是：

1、本发明方法从磁流变阻尼器的应用需求出发，将磁路设计与结构设计相结合，既不会出现磁路过饱和，又能充分利用结构空间，使磁路与结构达到最佳的匹配，使得磁流变液在环形阻尼缝隙中能充分发挥流变效应，提高磁流变阻尼器的可控性能。

2、本发明方法采用一套数值计算方法对结构和磁路进行设计与优化，计算过程中考虑了磁路中导磁材料的磁导率随磁感应强度呈现的非线性特征，结果准确可靠，有据可依，并且可快速实现，大大简化了优化设计的过程，设计效率高，大大降低了设计人员对经验及有限元软件的依赖。

附图说明

图1是典型磁流变阻尼器的结构示意图。

图2是图1所示磁流变阻尼器的磁路和结构简化图(未示出活塞杆)。

图3是本发明的实施流程图。

图4是通常类型的磁流变液的B-H曲线图。

图5是导磁材料45号钢的B-H曲线图。

图6是本发明实施例中磁流变液的剪切屈服强度随磁感应强度的变化曲线图。

图7是本发明实施例中当h＝1mm时，绘制出的|B₁-B₀|与B₀之间的关系曲线图。

图8是本发明实施例中绘制出的环形阻尼缝隙中磁流变液的磁感应强度与环形阻尼缝隙厚度的关系曲线图。

图9是本发明实施例中绘制出的环形阻尼缝隙厚度与可调阻尼力、可调系数的关系曲线图。

具体实施方式

本发明磁流变阻尼器快速优化设计方法适用于对各种类型磁流变阻尼器的结构和磁路进行设计与优化，下面以图1示出的典型磁流变阻尼器为例说明，但并不局限于此。