祁偉然 朱煒

（南京理工大學(xué)發(fā)射動(dòng)力學(xué)研究所 江蘇省南京市 210094）

磁性顆粒、穩(wěn)定劑和基載液組成了磁流變液它是一種穩(wěn)定懸浮液[1‐4]。磁流變液這種新型智能材料可以根據(jù)外界磁場(chǎng)的變化改變自身磁性顆粒的排列順序從而宏觀上變現(xiàn)為剪切屈服強(qiáng)度的變化。由于磁流變液這種良好的可控性能使得它在軍工、建筑、車輛、機(jī)械等領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊[5‐8]。

磁流變液阻尼器的功能是將外界機(jī)械能轉(zhuǎn)化為自身熱能從而達(dá)到減振目的[9‐10]。內(nèi)部線圈產(chǎn)生的焦耳熱也會(huì)導(dǎo)致溫度升高，實(shí)踐表明溫度升高會(huì)導(dǎo)致阻尼器輸出力降低，因此研究磁流變液阻尼器溫度特性以及溫升建模有重要工程實(shí)踐意義。

1 磁流變液阻尼器結(jié)構(gòu)及工作原理

磁流變液阻尼器內(nèi)部的磁流變液可以根據(jù)激勵(lì)磁場(chǎng)改變自己的剪切強(qiáng)度從而改變阻尼器阻尼特性，是一種新型智能材料制作的智能阻尼器[11‐13]。

圖1所示為磁流變液阻尼器，其組成部分有活塞、工作缸、活塞上纏繞的勵(lì)磁線圈以及空心活塞桿。內(nèi)部充滿磁流變液，線圈通電后產(chǎn)生磁場(chǎng)可以使得磁流變液剪切強(qiáng)度增加，阻尼器輸出阻尼力從而增加，磁場(chǎng)的變化可以在毫秒級(jí)別改變阻尼力的特性。

本文建立的模型可以用于磁流變液阻尼器模型和期望控制力實(shí)時(shí)估計(jì)磁流變液阻尼器控制電流的方法[14]達(dá)到溫度補(bǔ)償?shù)男Ч?。線性差分方法[15]來(lái)計(jì)算實(shí)時(shí)控制電流。

2 磁流變液阻尼器溫度特性試驗(yàn)

對(duì)磁流變液阻尼器使用硅膠加熱墊來(lái)控制其溫度，使用w+b力學(xué)性能試驗(yàn)機(jī)試驗(yàn)，電流源產(chǎn)生控制電流進(jìn)行20℃、40℃、60℃、80℃、100℃、120℃情況下施加0A、0.2A、0.4A、0.6A、0.8A、1.0A、1.2A、1.4A、1.6A、1.8A、2.0A 電流工況下進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，用來(lái)建立考慮溫度參數(shù)的模型。

試驗(yàn)用儀器如圖2。

對(duì)阻尼器施以振幅5mm，頻率1Hz 的正弦激勵(lì)，可得試驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖3‐圖10。

從圖3‐圖10 中可以發(fā)現(xiàn)，相同電流下磁流變液阻尼器阻尼力隨溫度的升高逐漸降低，且降低幅度減小。隨電流增大阻尼力衰減率減小，這是因?yàn)樽枘崃τ烧硿枘崃蛶?kù)倫阻尼力組成而粘滯阻尼力受溫度影響程度大，庫(kù)倫阻尼力受溫度影響程度小。電流變大庫(kù)倫阻尼力變大。

3 阻尼器力學(xué)模型

磁通過(guò)分析試驗(yàn)結(jié)果，可知磁流變阻尼器的阻尼特性較好，但是其力學(xué)性能表現(xiàn)出了較為明顯的非線性和滯回性，在分析以及運(yùn)用半主動(dòng)控制方式時(shí)，采用合適的動(dòng)力學(xué)模型有利于保證控制策略能的準(zhǔn)確可靠。對(duì)于磁流變阻尼器的力學(xué)模型Bouc‐Wen 模型能較好描述阻尼器在低速區(qū)的非線性滯回特性和耗能性能，所以本文使用此模型進(jìn)行建模。Bouc‐Wen 模型圖如圖11所示。

數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：

使用matlab 編程調(diào)用遺傳算法對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行參數(shù)識(shí)別。參數(shù)擬合結(jié)果為：

其中n=2，x0=0

將模型仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證結(jié)果如圖12、圖13。

4 總結(jié)

（1）相同電流下磁流變液阻尼器阻尼力隨溫度的升高逐漸降低，且降低幅度減小。隨電流增大阻尼力衰減率減小，這是因?yàn)樽枘崃τ烧硿枘崃蛶?kù)倫阻尼力組成而粘滯阻尼力受溫度影響程度大，庫(kù)倫阻尼力受溫度影響程度小。

（2）本文試驗(yàn)研究了磁流變阻尼器不同溫度下額力學(xué)性能并使用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行建模，建立了考慮溫度參數(shù)的力學(xué)模型，并且仿真驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性。

（3）由以上結(jié)論可知，要保證阻尼器在工作過(guò)程中的減振效果，需要對(duì)阻尼器進(jìn)行一定的溫度補(bǔ)償控制，本文研究了磁流變液阻尼器溫度特性，并且建立了考慮溫度參數(shù)的力學(xué)模型，根據(jù)該模型可以對(duì)磁流變液阻尼器溫度變化引起的阻尼力衰減進(jìn)行補(bǔ)償設(shè)計(jì)補(bǔ)償控制算法。