基于磁流变阻尼的减震系统研究

何彦雨，徐　帅，段　壳北京林业大学工学院，北京　100083



基于磁流变阻尼的减震系统研究

何彦雨，徐帅，段壳
北京林业大学工学院，北京100083

摘要磁流变阻尼减速器是一种近几年来出现的一种新型由智能材料制成的减震装置。磁流变阻尼减速器相对于传统的普通液体的减震器具有结构简单、功耗低、控制应力范围大等优势。磁流变阻尼减震器作为一种可控流体减震器有取代传统减震器的发展趋势。

关键词磁流变阻尼器；磁流变液；减震

当今社会科技水平不断向前发展，机械结构也不断朝着大型化的趋势发展，所以由大型的机械结构工作时产生的震动问题不容忽视。减震系统的研究作为21世纪基础科学的变得越来越重要。橡胶金属减震器作为传动减震器的代表之一，大多数都是利用减震器本身的结构存储并消耗掉震动产生的能量来达到使机构抗震或者减震的要求。但是，这种传动的减震器所采用的减震方式往往自我调节能力非常差，因为在实际工作当中，我们大多数情况是不能预计外界所施加的载荷的作用大小的，所以传统的减震系统对机械结构工作时的安全要求满足性较低。

1　磁流变阻尼减震系统简介

用基于磁流变阻尼的减震系统来控制大型机械结构工作时所产生的震动是近些年减震系统研究的大方向之一。磁流变阻尼的减震系统作为一种“智能减震器”，具有良好的可控性能和非线性的特点。

磁流变液（MRF，magnetorhelogical fluids），作为当代一种新型的技术，首次发明是在20世纪40年代，但是磁流变液在被发明之后一直没有被得到足够的重视。直到20世纪末，磁流变液技术才得以被人们重视，得到了进一步的发展。

磁流变阻尼减震系统具有阻尼可控的性质，主要由微纳米级的磁性颗粒与具有非导磁性的载体液和一定数量的稳定剂混合而形成一种特殊的悬浮液，这种悬浮液是磁流变阻尼减震系统内部液压缸所采用的阻尼介质。磁流变阻尼减震器在其工作时，其液压缸内部的“悬浮液”作为一种新型智能材料，其流变特性可以随着外界所加磁场的变化（一般通过调节励磁线圈中电流的大小来实现）而发生连续且可逆的变化。所谓可逆，就是当撤除掉外加磁场以后，这种阻尼介质又可以变成可以流动的液体。这种可逆的变化可以实现控制磁流变阻尼减震器的阻尼力。

磁流变阻尼减震系统具有变化过程可逆、响应速度快、调节范围大等优质特点，所以其在精密仪器加工、机械电子工程、土木工程等领域都具有良好的应用发展前景。

2　磁流变阻尼减震系统原理

磁流变阻尼减震器是当今时代所用的一种新型减震器，这种新型减震器是基于磁流变液的可调控性质的。磁流变阻尼减震器的主要工作原理是在人工外加的磁场的作用下，磁流变液中作为一种特殊的“悬浮液”，其中随机分布着许许多多的“小颗粒”，这种“小颗粒”可以被外加的磁场所磁化，其磁化后运动的方向基本和磁场的方向平行。磁化颗粒在外加磁场的作用下形成复杂的网状或者链状结构。因为减震器内部发生了以上的变化，所以使得这种新型减震器的阻尼通道两端的压力差发生明显变化，所以这种减震器被称为磁流“变阻尼”减震器。

3　磁流变阻尼减震系统结构的震动控制方式

一般用于计算结构的减震效率的表达式是十分繁琐的，一般安装减震系统后与安装减震系统前的振幅值相除，得出的比值即为该结构的减震效率。因为磁流变阻尼减震系统具有可调控范围大等特点，所以其在建筑方面的应用现在已经十分广泛。

磁流变阻尼减震器安装在建筑结构上产生的减震效果与结构的震动响应振幅（通常用大写字母A表示）的关系是十分密切的。在通常状况下，我们认为建筑结构的使用性能为一个不变的常数，所以我们在研究某种减震器的时候需要重点研究的是磁流变阻尼减震器的阻尼系数（通常用小写c表示）、刚度系数（通常用小写字母k表示）和减震器的质量（通常用小写字母m表示）。

4　磁流变阻尼减震器的应用

上文中提到了，磁流变阻尼减震器具有结构简单、功耗低、控制应力范围大等优势，所以使得磁流变阻尼减震系统在许多领域都有着很好的应用前景。由于磁流变液在一个（或几个）很小的外加磁场作用下就可以很容易产生很大的屈服剪应力，这让磁流变阻尼减震器在精密仪器加工、机器人制造等领域得到了很好的利用。

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中图分类号TK9

文献标识码A

文章编号1674-6708（2016）165-0170-01

作者简介：何彦雨，北京林业大学工学院。徐帅，北京林业大学工学院。段壳，北京林业大学工学院。