磁流變彈性體對寬頻激勵平臺隔減振研究.pdf

1、磁流變彈性體(MagnetorheologicalElastomers-MRE)是磁流變材料的一個新的分支。它是由磁性顆粒和高分子聚合物基體構成，與其它磁流變材料類似，其典型特征是模量和阻尼等性能可由外加磁場來控制，且響應快（毫秒級）、可控性好。目前，已有研究者利用磁流變彈性體變剛度這一特性，設計了基于結構移頻原理的動力吸振器和汽車懸掛軸襯等器件，這意味著磁流變彈性體在振動控制等工程領域具有良好的應用前景，但距離磁流變彈性廣泛應用工程化

2、還有很大差距:一方面磁流變彈性體的磁致效應需要提高;另一方面其綜合性能亦要考慮，如:機械性能、老化性能等。而目前多數研究者僅考慮如何提高其磁致效應，忽略了其阻尼和機械性能。對于磁流變彈性體微觀機理研究，現有模型在考慮磁性顆粒間磁致作用時，少有考慮顆粒間距對其磁致作用的影響，并且磁流變彈性體宏觀力學模型方面的研究相對更少。
　　本文以研制高性能磁流變彈性體、建立其微觀和宏觀力學模型、設計用于平臺結構振動控制的隔減振裝置為目的，圍繞其

3、開展了磁流變彈性體的制各、力學性能試驗與分析、微觀機理及宏觀力學行為等相關理論和試驗研究?；谝陨瞎ぷ鳎瑢τ糜谄脚_結構振動控制的磁流變彈性體隔減振裝置進行了磁路優(yōu)化與分析;并對加入MRE隔減振裝置的隔減振平臺系統(tǒng)進行了動力反應數值仿真分析及其參數優(yōu)化分析。以下是本文研究的主要內容及結論:
　　(1)在課題組長期以來對粘彈性材料及磁流變液研究的基礎上，研制了以天然橡膠和溴化丁基橡膠為基體的磁流變彈性體，并討論其工業(yè)化制備工藝。

4、>　　(2)對研制的磁流變彈性體進行了相關力學性能測試，分析了外加磁場強度、頻率、應變幅值、羰基鐵粉含量及預結構化對其磁致剪切模量和損耗因子的影響。從物理機械性能、準靜態(tài)力學性能及動態(tài)力學性能測試結果來看，所研制的磁流變彈性體在不降低磁致效應情況下，具有良好的機械性能及阻尼特性。
　　(3)通過討論顆粒間距對顆粒間磁致作用力的影響，基于磁偶極子理論，提出了能夠反映磁流變彈性體內磁性顆粒不同分布形式的微觀物理模型——主鏈吸附模型，并

5、推導了磁致剪切模量的計算公式。理論及試驗結果表明，該模型計算結果與試驗值吻合較好。
　　(4)在一般粘彈性材料力學模型的基礎上，引入非線性彈簧單元及分數階導數粘壺單元，提出了磁流變彈性體的磁致粘彈性參數模型，用來描述其在外加磁場下的磁致粘彈性力學行為。利用動態(tài)性能試驗結果對所提出的參數模型進行參數識別，并將模型計算結果與試驗結果進行比較，發(fā)現二者吻合較好，這說明該模型能夠用來描述磁流變彈性體在外加磁場下的磁致粘彈性力學行為。

6、>　　(5)設計了一個用于平臺結構振動控制的磁流變彈性體隔減振裝置。利用AnsoftMaxwell軟件，對磁流變彈性體的相對磁導率及磁化飽和點進行了有限元計算分析，并對該裝置的磁路結構進行了設計及參數優(yōu)化。最后，對優(yōu)化后的磁流變彈性體隔減振裝置進行了磁場有限元分析，分析了裝置的磁場分布情況。分析結果表明，所設計裝置的磁路結構比較合理。
　　(6)采用“多道防線”措施的平臺結構隔減振方案，建立了該平臺結構的動力分析模型及運動方程。結

7、合所提的平臺結構智能控制策略，對加入MRE隔減振裝置的平臺結構進行了動力反應仿真分析。仿真結果表明:所設計的隔減振平臺系統(tǒng)，可以有效地降低平臺結構在整個頻域內，特別是低頻段內(0～10Hz)的動力響應，與被動控制相比，本文所采取的隔減振方案具有良好的振動控制效果。
　　(7)采用遺傳算法，對影響平臺結構隔減振控制效果的參數進行了優(yōu)化分析。對優(yōu)化后的隔減振平臺系統(tǒng)進行了動力反應仿真分析，結果表明:優(yōu)化后平臺結構的振動控制效果明顯比優(yōu)

8、化前得到了提高，并且所優(yōu)化的參數對正弦激勵和白噪聲激勵同樣適用。
　　本文的創(chuàng)新之處在于:
　　(1)研制了機械性能優(yōu)越且磁致效應良好的磁流變彈性體，其中溴化丁基橡膠基磁流變彈性體的損耗因子高達0.68。
　　(2)提出了反映磁流變彈性體內部磁性顆粒分布形式不同的主鏈吸附模型，可更為精確地計算其磁致剪切模量;并以此為基礎提出了可準確描述磁流變彈性體宏觀力學行為的分數階導數磁致粘彈性參數模型。
　　(3)提出了磁流