磁流变阀控阻尼器结构优化及动力特性研究

In order to obtain the big damping force and broad dynamic range for the magnetorheological (MR) damper in the semi-active control system, additional excitation coils will be added and resistance gaps should be reduced, which will lead to big size in the axial direction, short stroke and blocking effect for the MR damper. Aiming at these problems, a novel MR valve with complicated fluid flow channels will be developed, and the MR valve controlled damper will be designed also. The mathematical model of pressure drop for the MR valve will be derived, and the effects of structure parameters on the pressure drop will be analyzed too. Furthermore, the structure parameters optimization of MR valve will be carried out using response surface method, and the optimal structure parameters will be obtained under the different working conditions in the quarter car semi-active suspension system. Meanwhile, the dynamic mathematical model of MR valve controlled damper will be established, and the dynamic characteristics test rig will be set up too. The damping performance will be investigated under the different frequency and the applied direct currents, the velocity and displacement response will be analyzed under the square wave excitation and the random road excitation to verify the proposed MR valve controlled damper. The relevant results can expand the industrial applications of the MR dampers in the semi-active control systems.

半主动控制系统中，磁流变阻尼器要实现大输出阻尼力及宽阻尼力可调范围，就需要额外增加激励线圈数量及减少阻尼间隙，由此易使阻尼器轴向外形尺寸增大，工作行程缩短，且阻尼器易堵塞。基于此，课题提出并设计一种具有复杂液流通道的磁流变阀控阻尼器；建立磁流变阀压降数学模型，分析磁流变阀关键结构参数对压降性能的影响规律；采用响应曲面法对磁流变阀关键结构参数进行优化，得出1/4车悬架半主动系统不同运行工况下磁流变阀的最优结构参数；推导及建立磁流变阀控阻尼器动力数学模型；搭建磁流变阀阀控阻尼器动态性能测试实验系统，仿真及试验分析不同加载频率、不同直流电流输入情况下的磁流变阀控阻尼器输出动力特性；同时在1/4车悬架半主动控制系统上实验分析方波以及随机路面激励下磁流变阀控阻尼器的速度和位移响应，验证其工作性能；相关研究结果可进一步拓宽磁流变阻尼器在半主动控制系统中的工业应用范围。

半主动控制系统中，磁流变阻尼器要实现大输出阻尼力及宽阻尼力可调范围，就需增加激励线圈数量并减少阻尼间隙，由此易使阻尼器轴向外形尺寸增大，工作行程缩短。故简化磁流变阻尼器的结构、增加输出阻尼力以及提高阻尼力可调范围是实现磁流变阻尼器在半主动控制系统中大规模工业化应用急需解决的关键问题。.项目提出并设计了一种具有复杂液流通道结构的磁流变阀。该磁流变阀阻尼间隙由圆环流、径向流和小孔流串联组合，在体积受限条件下，能有效增大进出口压降。同时，通过改变径向阻尼间隙，可使其压降可调范围更宽。该磁流变阀可作为旁通阀来控制阻尼器，形成磁流变阀控阻尼器。.建立了磁流变阀的磁路理论模型，对磁流变阀的压降进行数学模型推导，并对磁流变阀各流道进行类型划分。.采用ANSYS软件建立了磁流变阀有限元仿真模型，仿真分析磁感应强度、磁力线分布及漏磁等静态磁场特性，得出不同加载电流及不同阻尼长度下的磁感应强度分布规律，.搭建了磁流变阀动态性能测试系统，测试分析不同加载电流及不同模拟负载下的磁流变阀压降和响应时间的变化规律。试验结果表明压降随加载电流的增大而增大，但不随模拟负载变化而变化。.搭建磁流变阀控阻尼器动态性能测试实验系统，在拉伸机上完成动力性能测试实验。电流为2A且径向阻尼间隙分别为0.5mm时，阀控阻尼器最大阻尼力分别为4.72kN。该磁流变阀控阻尼器的阻尼力变化范围较大，可满足阻尼力连续可调性。.本项目共发表学术期刊论文50篇，其中SCI收录期刊论文12篇，EI收录期刊论文13篇；发表国际会议论文1篇；授权发明专利1项，授权实用新型专利65项；出版中文学术专著2部，外文专著章节1篇；指导研究生主持江西省研究生创新专项资金项目4项；培养硕士研究生41名，其中已毕业19名。