古毅

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基于環(huán)形流動(dòng)模式的汽車(chē)磁流變減振器建模與分析

古毅

（重慶五一高級(jí)技工學(xué)校（重慶五一技師學(xué)院），重慶 400000）

基于磁流變技術(shù)的汽車(chē)減振器是汽車(chē)懸架技術(shù)提升為半主動(dòng)控制的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，其模型的建立與分析對(duì)于預(yù)測(cè)減振器特性具有重要作用。文章通過(guò)環(huán)形流動(dòng)模式的減振器理論分析模型，建立了基于Herschel-Bulkley模型的磁流變液流變學(xué)特性分析模型。理論分析表明：該模型能較好的預(yù)測(cè)減振器的緩沖特性。

磁流變減震器；環(huán)形流動(dòng)；理論建模

前言

轎車(chē)的舒適性是衡量轎車(chē)好壞的關(guān)鍵技術(shù)之一，而基于磁流變懸架技術(shù)的汽車(chē)半主動(dòng)控制減振是實(shí)現(xiàn)這種舒適性的重要方法。因此，對(duì)磁流變液在減振器中的流變學(xué)特性的研究就極其重要，也為預(yù)測(cè)減振器的動(dòng)態(tài)特性提供理論依據(jù)。

1 環(huán)形流動(dòng)模式原理

圖1 環(huán)形流動(dòng)模式結(jié)構(gòu)

環(huán)形流動(dòng)模式磁流變減振器結(jié)構(gòu)如圖1所示，其工作原理是：外力作用促使活塞沿缸筒軸線(xiàn)方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，而填充在缸筒中的磁流變液在活塞的推動(dòng)下沿活塞運(yùn)動(dòng)的相反方向流動(dòng)，通過(guò)環(huán)形工作區(qū)域流入到缸筒的另一端。通過(guò)對(duì)活塞頭上勵(lì)磁線(xiàn)圈施加不同電流大小來(lái)改變工作間隙中的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小，從而使得磁流變液的剪切屈服應(yīng)力發(fā)生改變導(dǎo)致產(chǎn)生流動(dòng)壓差，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)減振器的緩沖作用。

2 磁流變液流動(dòng)特性建模及分析

為簡(jiǎn)化分析，做如下假設(shè)：1）磁流變液在工作流道中為穩(wěn)定層流；2）活塞頭運(yùn)動(dòng)為穩(wěn)定的速度曲線(xiàn)；3）磁流變液在環(huán)形流道中為準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)流動(dòng)。建立基于平板模型的磁流變液環(huán)形流動(dòng)分析模型如圖2所示。

利用流體力學(xué)相關(guān)方程有：

式中，u為磁流變液流動(dòng)速度，τ為磁流變液剪切應(yīng)力，ρ為磁流變液密度，z為工作間隙高度，即環(huán)形流道寬度。

基于上述假設(shè)條件，同時(shí)在不考慮流體的慣性力，等式（1）可化簡(jiǎn)為：

對(duì)上式（2）進(jìn)行積分得到

當(dāng)未對(duì)線(xiàn)圈施加電流時(shí)，磁流變液在工作流道中可視為牛頓流體，可得：

將上式對(duì)進(jìn)行積分，并帶入邊界條件可得：

工作間隙內(nèi)磁流變液的通流體積流量可得：

上式中為工作間隙的平均半徑，=2π為工作間隙的平均寬度。

當(dāng)對(duì)線(xiàn)圈施加電流時(shí)，磁流變液在工作流道中為非牛頓流體，利用于Herschel-Bulkley模型可得：

工作間隙內(nèi)流速仿真三維分布如圖3所示。

圖3 工作間隙流速仿真三維分布圖

3 結(jié)論

理論分析表明：工作間隙內(nèi)磁流變液流分布為二次函數(shù)形式，在工作間隙中間部分流速越高，并且隨著工作間隙形成的壓力差的增大而增大。該模型能較好的預(yù)測(cè)減振器的緩沖特性。

[1] 賈永樞,周孔亢,翁茂榮等.單向閥式汽車(chē)磁流變減振器磁路設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J].振動(dòng).測(cè)試與診斷,2014(02):345-350.

[2] 馬然,朱思洪,梁林等.磁流變減振器建模與試驗(yàn)[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào), 2014(04):135-141.

[3] 孫崎嶇,劉旭輝,李連進(jìn)等.基于磁流變液阻尼減振器的建筑結(jié)構(gòu)半主動(dòng)控制研究[J].振動(dòng)與沖擊, 2007(06):90-92.

[4] 衛(wèi)麗君,李書(shū).懸停狀態(tài)帶磁流變減擺器直升機(jī)的動(dòng)穩(wěn)定性分析[J].振動(dòng)工程學(xué)報(bào), 2012(06):745-751.

[5] 張紅輝,廖昌榮,劉永貴等.磁流變阻尼技術(shù)及其在軍用裝備系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].兵器材料科學(xué)與工程,2006, 29(4):65-69.

Modeling and Analysis of Automotive Magnetorheological Damper Based on Annular Flow Model

Gu Yi

( Chongqing Wuyi Senior Technical School (Chongqing Wuyi Technician College), Chongqing 400000 )

Magnetorheological (MR) technology-based automotive shock absorber is the key structure for semi-active control of automotive suspension. The establishment and analysis of MR model plays an important role in predicting the characteristics of shock absorber. In this paper, based on the theoretical analysis model of shock absorber for annular flow mode, a MRF rheological characteristic analysis model based on Herschel-Bulkley model is established. The theoretical analysis shows that the model can better reflect the cushioning characteristics of the shock absorber.

magnetorheological damper; annular flow; theoretical modeling

A

1671-7988(2019)03-49-02

U463

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1671-7988(2019)03-49-02

U463

古毅，男，（1984.8-），重慶五一高級(jí)技工學(xué)校（重慶五一技師學(xué)院）高級(jí)講師，從事汽車(chē)維修領(lǐng)域教學(xué)。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.03.013