基于磁流变隔吸振系统的发动机宽频减振机理研究

Targeted the predicament of the active engine vibration isolation, this project, based on themagnetorheological, intends to design a new smart vibration reduction system, the systemCombined the advantages of isolator and absorber which has the adjustable stiffness and damping.In this study, a new Stress superposition model, which can reflecting theMagnetocaloric-Viscosity- Superelastic-Plastic effect of magnetorheological material, isestablished by combing the Boucwen model, fractional derivative Maxwell model and Ogdenmodel. Mechanical mechanism of the will be studied by using Finite Element Simulation.Consideration of Time Delay Response and ground incentive reverse pass-through effect the absorber – engine mounting system—car body nonlinear mechanical model is established for Studing the vibration isolation system of multi-objective hybrid control method. By defending Power flow transmission rate as the objective function and Engine vibration intensity as the constraints, the absorber and suspension’s Structural parameters should be robust optimized by use Perturbation method. The above control and optimization method should be verified through building the engine control isolation Experimental platform based on magneto-rheological technology. The new methods and technical reserves of the smart vibration reduction system should be founded through this research.

针对目前发动机宽频减振的困境，本课题拟结合磁流变隔振系统的中频隔振优势以及磁流变吸振系统特定频段吸振优势，建立基于磁流变技术的智能发动机隔、吸振系统。通过将反映磁流变材料磁致效应的Bingham模型、频率相关性的分数导数MaxWell模型以及反映超弹性的Ogden模型结合，提出新的磁流变材料应力叠加本构模型，利用有限元仿真并结合发动机-车身耦合系统的刚体动力学分析，探索发动机智能隔吸振系统的力学机理；并研究考虑时滞效应的隔、吸振系统多目标最优-智能混合控制方法;以功率流传递率极小为目标函数，发动机自身振动烈度为约束条件，利用摄动有限元算法对吸振器、隔振器内部结构参数及其安装位置进行鲁棒优化；通过相似性分析，搭建发动机智能隔、吸振实验平台，验证并研究智能发动机隔吸振系统的优化和控制效果。通过本项目的研究，可为发动机振动主动控制理论研究以及磁流变隔吸振系统的设计提供新的方法和技术储备。

目前，发动机的隔振问题受到大量研究者的关注，而磁流变悬置作为一种新型的智能减振悬置，有望从根本上提高发动机振动控制效率本项目在国家自然科学基金的支助下，采用理论分析、数值仿真以及实验验证的方式，对磁流变弹性体的力磁耦合行为以及发动机隔振系统的动力学建模、隔振系统的物理参数识别方法、磁流变悬置的参数优化以及发动机主动隔振中混合控制器的设计等方面进行了研究。本项目的主要研究工作和结论如下：.分析了挤压式磁流变悬置的结构和工作原理，并介绍了该类悬置的恢复力简化计算公式及其构成。在此基础上根据磁流变悬置耗能原理，提出了一种悬置动特性测试方法。通过数值模拟实验验证了该方法的有效性。利用该方法对磁流变悬置进行现场试验，得到了悬置动特性参数的拟合方程。.分析了单缸发动机的不平衡力构成，推导了4缸4冲程直列式发动机在均匀点火状态下的不平衡力计算公式。建立了具有广泛意义的6自由度发动机隔振系统力学模型，并在此基础上推导了该隔振系统的6自由度系统的动力学方程。并将该动力学模型应用于4缸4冲程发动机的隔振系统，进行动力学仿真，通过对仿真结果进行分析，得到了一些对设计发动机隔振系统有益处的结论。.分析了本课题研究团队通过分析远场应变作用下的颗粒微结构变化对磁致应力的作用机理，提出一种新的多尺度多场耦合微力学模型，研究团队进一步研究磁场作用下不同微结构磁流变弹性体拉伸模量变化；并进一步讨论磁场对磁流变弹性体的各项异性的影响。.针对磁流变悬置隔振系统的阻尼力可控而刚度不可控的特点，利用遗传优化算法优化了各悬置橡胶剖面面积，从而达到了优化各悬置初始刚度的目的。针对发动机磁流变隔振系统的三自由度模型，设计了时变瞬时最优控制器。并利用数值仿真验证了该控制器的有效性。.总之，通过本项目的研究，课题组成员提供了一套较为有效的发动机减振方案，也发展了一套关于磁流变材料的力磁耦合算法。