位移差动自感式磁流变阻尼器自感应性能分析及动力特性研究

An additional sensor is needed to achieve precision control in the semi-active control system using magnetorheological damper. However, it will increase the application cost of MR dampers, occupy the istallation space, complicate the system and decrease the reliablity. So, a novel displacement differential self-induced magnetorheological damper (DDSMRD) with the function of controllable damping force and relative displacement detection is proposed based on the differential self-sensing principle. The relatiopship between the self-induced voltage and the relative rod displacement will be discussed, and the damping force mathmatic model will be also established based on the bingham model. The static magnetic field and self-induced magnetic field will be simulated using ANSYS software, and relationship among the different winding cylinder materials and structuers and dynamic magntic fields will also be investigated. The displacement self-induced signal acquisition system will be built up using LabVIEW software to detect the self-induced voltage under static and dynamic situations. The experiments of the self-induced voltage under DC inputs for the excitation coil, under continuously varying DC inputs and under different displacements will be carried out, and the damping force characteristics will be investigated too. Which will indicate that the proposed DDSMRD can output controllable damping force and displacement relative self-induced voltages simultaneously. The relevant results can expand the industrial applications of the MR dampers in the semi-active control systems.

磁流变阻尼器在半主动控制系统中要实现精确控制，就需外配传感器实现振动测量，由此易使系统成本高、安装空间大、系统复杂、可靠性降低。基于此，课题基于差动传感原理，提出并设计一种集阻尼力可控和集成相对位移检测于一体的新型位移差动自感式磁流变阻尼器(DDSMRD)。推导感应电动势与阻尼器活塞杆相对位移的数学关系；基于Bingham本构关系建立DDSMRD的阻尼力数学模型。采用ANSYS电磁场仿真软件对DDSMRD静态磁场和自感应磁场进行仿真分析；同时分析绕线缸体材料及结构参数对阻尼器瞬态磁场特性的影响。采用LabVIEW搭建DDSMR静态和动态性能测试实验系统，分析不同直流电流输入、连续变化直流输入及不同拉伸位移下的感应电动势输出变化规律；同时分析其阻尼运动特性，验证DDSMRD产生可控阻尼力及集成相对位移的效果。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。

磁流变阻尼器在半主动控制系统中要实现精确控制，就需外配传感器实现振动测量，由此易使系统成本高、安装空间大、系统复杂；同时与磁流变阻尼器分离配置的传感器暴露于工作环境中，容易受到外界环境影响，导致系统可靠性降低。因此简化基于磁流变阻尼器的半主动控制系统结构、降低系统成本、提高系统可靠性是实现磁流变阻尼器大规模工业化应用急需解决的问题。.提出了一种相对位移传感器与磁流变阻尼器结构集成及功能复用的设计方法，研究并实现了一种新型位移差动自感式磁流变阻尼器(DDSMRD)。该DDSMRD既能完成可控阻尼力的输出又能实现与位移呈线性比例关系的感应电压信号输出，具备阻尼力可控和相对位移动态测量的复合功能。.推导了DDSMRD位移差动自感应数学方程，得出了感应电动势与阻尼器活塞杆相对位移的数学关系；基于Bingham 本构关系建立了DDSMRD的阻尼力数学模型。.采用ANSYS电磁场仿真软件对DDSMRD静态磁场和自感应磁场进行了仿真分析；定量分析了绕线缸体材料及结构参数对阻尼器瞬态磁场特性的影响；提出了一种通过改变缸体尺寸结构和材料降低磁场漏磁的设计方法。.采用LabVIEW搭建了DDSMRD静态感应性能测试系统，试验结果表明感应电动势幅值随位移增大而线性变化，且理论与仿真数值偏差在10%以内。.分析了不同直流电流输入、连续变化直流输入及不同拉伸位移下的感应电动势输出变化规律；同时分析了其阻尼运动特性；电流为1A时最大阻尼力为320N，阻尼可调系数为4，满足阻尼力连续可调性。.项目研究成果可提高传统磁流变阻尼器的工作效率，为磁流变阻尼器系列产品设计更新提供理论参考依据，同时将进一步拓宽磁流变阻尼器在半主动控制系统中的应用。.项目共发表期刊论文38篇，其中SCI检索9篇，EI检索12篇；发表国际会议论文3篇；授权发明专利10项，授权实用新型专利50项；培养硕士研究生22名，其中已毕业12名。