文摘

磁流变(MR)盘式隔离阻尼器的半主动控制装置是使用液体先生产生可控挤压的力量。本文分析流体动力学建模的努力一个隔离器先生报告。先生流体的速度和压力分布操作在一个轴对称挤压模型使用biviscosity本构模型分析解决。分析解决方案的流动行为,得到了流体流经平行的通道。压缩力的方程推导提供隔离器的设计提供了理论依据。结果表明,应用磁场强度的增加,压缩力增加。

1。介绍

与在中国核电站的不断建设,更多的是注意辅助设备的安全性和可靠性在核电站。有一个迫切需要研究抗震核电站的辅助设备。核电站的离心风机必须具有良好的抗震性能的重要条件是安全的核电站在地震中运作。然而,很少有报道对绝缘子振动离心风机(1,2]。离心风扇的地震响应衰减可以改善通过隔离器连接。在本文中,我们提出一个隔离基于磁流变(MR)阻尼器对离心风机。

先生液体材料的微米大小和磁化粒子在载体流体。在缺乏一个应用磁场,液体自由流动。液体展览Newtonian-like行为。在应用磁场,这些液体展览与屈服强度(粘塑性的行为3]。改变一个应用磁场的强度会精确地控制液体的剪切屈服应力。基于力学特性,可以用于磁性液体控制设备(如刹车(4和阻尼器5,6]。

隔离挡板先生就是这样一个设备,提供可控的挤压力量。改变一个应用磁场的强度将会改变的挤压力量先生隔离器(7]。MR阻尼器及其应用的研究已经完成在很多不同的方式。领域的MR阻尼器的流模型描述,消沉和Janocha8]分析了工作模式(剪切模式下,流动模式,挤压模式)在MR阻尼器。麦克马纳斯等人。9]研究了挤压流动与剪切模式伴随MR阻尼器,分析了阻尼force-velocity特征在不同的磁场强度值。在建筑结构的研究应用,Motra et al。10]研究地震的响应衰减兴奋相邻建筑物由MR阻尼器连接。p . y .林和t·k·林(11]介绍了桥隔离系统,结合了滚摆系统(RPS)和MR阻尼器。Dragasius et al。12]研究线性生成的阻力hydrocylinder-type磁流变液(MRF)阻尼作用在不同的制度。几乎是定义力增加线性增加强度的磁场,当活塞速度增加。Erkus和约翰逊(13]研究了耗散度和性能特征的半活性控制base-isolated基准结构MR阻尼器。Rajamani和Larparisudthi14)提出了一种孤立先生阻尼器振动控制模型。

摘要biviscosity模型是用来描述的本构特征,流体应用磁场。介绍了隔离先生阻尼器的工作原理。解析解的轴对称挤压biviscosity流体的流动行为。速度方程和unyield流区域的位置。压缩力的表达式推导提供隔离器的设计提供了理论依据。结果表明,应用磁场强度的增加,先生的动态屈服应力流体上升迅速,和压缩力增加。

2。工作原理

提出了圆板的原理配置隔离器如图先生1。隔离器由一个流体先生先生,移动板,工作差距,电磁铁线圈,通量指南,和住房。先生流体填充工作移动板块和住房之间的差距。住房提供的电磁铁线圈的磁场工作差距。在相对移动板块和住房之间的垂直运动,流体挤压先生在工作差距。因此,由于流动阻力压降工作流体先生的差距是诱导。隔离器先生产生可控的挤压力量由于MR流体的屈服应力,如果应用一定的磁场通过工作差距。


图1
圆板的工作原理,隔离器。

3所示。建模和分析

3.1。流速的分析工作差距

图2显示了一个轴对称挤压流动模型的示意图。之间的差距磁盘满了液体先生。底部磁盘是固定的,而以一个恒定的速度接近底部磁盘 。重力是被忽视的,这样 面是一个平面的对称流。力作用在底部磁盘 在那里, 的压力, 是半径的磁盘。


图2
先生的挤压模型流体在两条平行的磁盘。

规避“squeeze-flow悖论”的宾汉模型15)和促进一个分析分析,biviscosity受雇于本研究本构模型来描述流体先生的行为,看到在图3。众所周知,biviscosity模型可以提供非常有用的和方便的方法计算材料的行为与收益,尤其是从分析的角度来看。


图3
Biviscosity先生的流体模型。

biviscosity模型的本构方程可以表示为以下两个表达式[16]: 在哪里 剪切应力, 反应中所开发的动态屈服应力是一个应用磁场 , 是拦截的压力, 液体的粘度是当压力高于动态屈服应力, 粘度系数受到压力低于动态屈服应力,这是一个磁场强度的函数。粘度比 biviscosity本构模型是一个重要的参数, 。注意,当 ,(2)和(2 b)是宾汉塑性本构模型,而当 他们是牛顿的本构模型。

很明显从biviscosity本构模型的本构方程可分为两个区域,基于动态屈服应力。先生液时产生液体的内部压力的大小大于屈服应力 ,流体表现出典型的牛顿行为。流体先生是unyield当流体的内部压力的大小是小于 ,与高粘性流体流动缓慢。

盘式挤流模型图2假设稳态条件( )、对称( ),没有切向和轴向速度( ),但只有径向,没有体力,也没有在厚度方向上的压力梯度,navier - stokes方程的 圆柱坐标方向( )简化为 在哪里 径向速度, , 在径向压力梯度。

通过集成(3),速度剖面可以很容易地获得 在哪里 和 象征着积分常数。

流体表现出牛顿先生的行为没有磁场的应用,应用边界条件 在 和 的流速 可以得到如下:

根据假设,动量方程 方向是

通过集成(6)沿厚度方向,应用边界条件 在 ,下列方程的剪切应力可以获得:

假设 和 表示unyield区域边界的位置测量从底部墙,分别见图2。屈服面是轨迹点的剪切应力等于屈服应力( ),unyield地区的位置可以由满足这样的条件

见图2,由三个区域组成:两个屈服区域( )联系底层和顶层墙和一个unyield区域( )。

在产量地区 ,这两个边界条件

使用边界条件(9)和(9 b),确定积分常数(4),在收益率地区速度剖面 可以获得的

unyield地区 ,这两个边界条件

unyield地区的速度剖面 可以通过使用边界条件(11个)和(11 b),

类似于前面的分析,使用的边界条件 在 和 在 ,在收益率地区速度剖面 可以获得的

3.2。压力分布

压力梯度 可以确定利用质量守恒定律 在那里, MR流体的密度, 是先生的液体的体积。方程(14)表明,液体质量的导数为零 在那里, 积分区域, 和 表示速度张量和方向余弦。

当 与高粘性流体流动先生慢慢地,压力梯度可以表示为

当 先生,流体流动与一个浮动的核心,提交(10),(12),(13)(15)是 在哪里

所以

3.3。压缩力

力作用在阀瓣底部可以通过集成的压力沿径向方向:

分段积分得到的力

边界条件的压力 用(21)(20.),底阀瓣上的作用力可以获得

4所示。结果与讨论

一个典型的流体用于本文先生。图4显示了先生的屈服强度流体在不同磁场强度下,通过测量实验。出于演示的目的,给出以下参数: 毫米, 毫米, 米/秒, Pa·s 。


图4
屈服强度与磁场强度。

压力梯度和半径之间的关系明显的屈服应力值30 kPa如图5100的应用磁场强度下坎普/ m解决(16)和(19)。压力梯度的绝对值随半径在线性,大约。


图5
压力梯度与半径。

当磁场的强度是100坎普/ m,屈服面由(8)和(8 b30 kPa)明显的屈服应力值沿径向方向如图6。当 毫米,流体先生unyield完全与高粘性流动缓慢。当 毫米,流体先生产生了部分。屈服曲面的位置往往走向工作的对称面差距随着半径的增加。


图6
屈服面沿径向方向。

可以获得的速度概要文件(10),(12)和(13)明显的屈服应力值30 kPa,如图7。先生的挤流流体的速度资料似乎抛物曲线对z,及其曲率与半径,倾向于减少unyield地区相应减少。


图7
速度资料对不同半径的位置。

压缩力与磁场强度如图8。在缺乏一个应用磁场,力是216 kN。部队250 kN, 278 kN, 302 kN的磁场强度50坎普/ m, 100坎普/ m,分别和200年坎普/ m。结果表明,随着速度的增加和应用磁场,压榨力增加。


图8
压缩力和磁场强度。

5。结论

先生的流动行为理论上研究了流体在圆板,隔离器。速度和压缩力的方程推导提供理论依据的设计隔离挡板先生。先生的unyield地区流体倾向于走向工作的对称面差距随着半径的增加。应用磁场强度的增加,压缩力增加。

确认

这项工作是支持的项目由中国国家自然科学基金和51175532重点项目2011 ba4028 CQ CSTC的自然科学基金项目。