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宣富,Seung-Bok崔, ”高挂载加载使用磁流变流体振动控制:设计评审配置”,冲击和振动, 卷。2015年, 文章的ID915859年, 18 页面, 2015年。 https://doi.org/10.1155/2015/915859
高挂载加载使用磁流变流体振动控制:设计评审配置
文摘
设计配置高加载磁流变(MR在短)支架进行了综述和讨论。配置三种操作模式的基础上,分析了流体先生:流模式下,剪切模式,挤压模式。这些模式明显重要开发新类型的坐骑和提高振动控制的效率。在本文中,每个操作模式的优缺点进行分析的基础上,设计高加载坐骑的能力。为了分析,field-dependent阻尼力方程的典型截面坐骑是首先调查同时保持原始方程的横截面。后续步骤,仿真工具的高加载坐骑是研究和讨论。这些工具的开发分析方法表示为函数内的各种设计参数,如压力、磁场、尺寸、刚度和阻尼。这些工具是必不可少的山先生的精确设计和制造安装之前仔细检查操作的能力。本文可以提供非常有用的信息和指导方针来确定一个适当的设计配置高加载支架的振动控制性能取决于流体先生的运作模式。
1。介绍
先生液体的应用在商业产品,如汽车悬架,洗衣机坐骑,摩托车离合器目前正在更受欢迎。在这些应用中,高的外观加载山先生最近集中和扩大了应用振动控制super-weighted机器如引擎系统。这个应用程序可以取代传统的橡胶垫架,因此提高振动控制的性能。先生说,非常类似于山传统液压悬置和阻尼力和压力的控制功能可以很容易地实现。因此,液压悬置的评论知道山先生的行动至关重要。分析了液压悬置的模型Geisberger et al。1]。提出了液压悬置的横截面,如图1。液压悬置的非线性模型提出了低山和高频率的行为。集总参数线性模型用于建立的动态功能如图2。力传递给山基地代表力量的总和应用通过机械刚度和阻尼参数以及内部压力的影响(1]。提出了液压悬置的另一个调查Marzbani et al。2]。有两种模型的动态行为的分析山如图3。这些模型的数学函数编写如下(2]: 在上面的,(1)和(2)用于图3(一个)和(3)- (5)图3 (b)。这些功能后,图(4)和(5如图中描述)4(一)和4 (b),分别。这是说从图4(一)的频率范围不到与它的价值高于振幅的差距大小解耦。在这种情况下,相对位移小于的差距大小,及其运动将间隙尺寸。在图4 (b)通过增加激励频率,振幅却降低了,。因此,战略设计是山高在高频率范围和小在低频率范围。另一项调查的使用车辆引擎提出了余et al。3]。在这个调查中,弹性增加,被动液压山,和半活性,综述了山活跃。有人指出被动山提供了一个更好的性能比弹性山在低频率范围。另一方面,主动和半活性支架应用于改善液压山通过调优的能力。活跃的山非常僵硬在低频率,负在高频率范围。
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液压悬置的非线性模型研究了Golnaraghi和Jazar4]。解耦的流阻是解耦的函数列山流体位移和速度。因此,流动阻力急剧增加分离板趋于笼子的顶部或底部4]。说,该模型在本研究中是一个基本的知识来发展半活性山。另一项研究的拟线性模型是由他和辛格(山5]。这个模型被用来估计参数来预测实际的位移激励,瞬态响应。事实上,本研究详细分析了液压悬置模型,提出了在1,4]。液压悬置的设计和优化研究了李et al。6]。一个神经网络模型被用来找到液压悬置的优化值,其目的是用于指定液压悬置的结构和材料。应用这种方法删除错误的参数和改进了准确的参数。最近,一个新的修改路径提出了主动液压式的Hausberg et al。7]。路径的操作提高了使用动圈式和永磁因为这影响了橡胶膜片的变异。山先生使用流体是一种半活性类型相对简单的机制可以提供有效的振动控制性能和低成本而活跃的山。Elahinia et al。8提出了一个先生的报告和ER坐骑。本文给出了一些典型的为这些坐骑如LQG控制器,天钩,ground-hook、模糊、神经网络和混合控制。然而,本文讨论的山先生有简单的结构和低阻尼力的能力。因此,为了发展高加载山,这些结构应该被改变。
从上面的分析,总结结构设计高加载山先生是至关重要的。基本上,传统的液压山和山先生有一个非常类似的操作原则。然而,这些坐骑的能力和可控性是明显不同的。例如,可以使用液压安装被动或主动,而奥山可以用作半活性设备提供可控阻尼力没有传感器或/和复杂的控制算法。因此,全面审查设计半活性山先生的配置可以帮助设计师来开发更先进的安装结构,可以应用于许多行业如汽车和土木工程。本文几个新结构高挂载加载配置利用液体先生讨论的设计配置,他们的利益也解决的振动控制性能以及制造简单。
2。配置高加载坐骑先生
在山先生设计,三种模式等先生流体的流动模式,剪切模式,通常使用挤压模式。三种模式的定义显然是描述在32]。在这些操作模式中,流动模式和剪切模式都是常用的,由于设计简单性以及较高的控制性能。换句话说,流动模式和剪切模式的配置结构简单的部分,高力,容易制造。然而,这两种模式的一个缺点需要笨重的设计以确保所需的力和保证长时间操作。它也指出,阻尼力流的模式通常是高于剪切模式的情况下。另一方面,紧缩的应用模式在设计方面是困难的,因为它打开缺口的流体泄漏很容易发生。为了使封闭的差距在挤压模式操作,一个精确的密封技术是必需的。此外,在挤压模式配置很难维持的差距是由于纵向动态运动的变化一致。与环状阀结构和径向流体是由王et al。9]。虽然这种结构应用于设计阻尼器,它还打开了一个新的应用程序设计高加载装置。先生路径的分布影响压力的外观与致动器的阻尼力。山高加载一个新的结构首先提出了阮et al。10]。这个设计用于这项工作有环形和流动路径建立山内高压,然后可以增加阻尼力。这山的详细视图部分在图中进行了描述5。本节是一个突破性的想法应用先进的智能流体在设计山先生。传统挂载后,使用橡胶垫架,结构先生置于橡胶山。橡胶部分,流体部分的结合带来的新设计理念有效的振动控制,特别是在低频率范围。然而,这种设计的缺点是小阻尼间隙的选择(小于1.5毫米)这可能会导致所谓的液体先生的阻塞现象。处于阻塞状态,液体中像一个固体,因此阻尼力却降低了。为了防止液体先生的阻塞现象,如图6,一个新的高加载的弹性阀结构研究了山范围内et al。11]。中间的核心在10)(图5),取而代之的是一个移动板(11)(图7)。动机的设计可以避免阻塞流体先生保持足够的阻尼力的山在操作期间。研究了MR阻尼器的集成隔离山Seong et al。12)如图8。在这个设计中,一种新型的密封应用于减少摩擦,对阻尼力的影响,如图9。详细的配置呈现在图10。这个结构的小缺口(3毫米)之间的活塞头和缸,因此它可以用于控制tiny-vibration。然而,开发高挂载加载这个结构将由大高度以及能力有限的橡胶密封板。
一种新的基于弹性体板山先生研究了纽约et al。13]。弹性体山先生和弹性体的结构板中描述的数据(11日)和11 (b),分别。这种结构的优点是很容易防止泄漏,流体与结构简单。然而,这种设计结构的阻尼力相对较低,因此它不能申请加载山先生需要在高压力和大阻尼力。类似的结构高加载山先生研究[10)是由康et al。14和挂等。15]。这个山的配置如图12。其优点是很容易避免阻塞现象,流体在图所示13。另一方面,一个简单的评价山先生的结构非常类似于液压安装如图14提出了由Rasekhipour和Ohadi [16]。追求高加载山,这山可以被设计使用环状流差距,保留部分如图14。然而,流体先生这种设计结构的总量是非常大的,因此生产成本将会增加。修改室使用线圈的山先生研究了曼苏尔et al。17]。修改如图(15日)和15 (b)。在这个设计,修改后的室可以增加刚度的挂载,但这增量出现在线圈。漏磁场的流体先生没有足以改变流体的状态。因此,这种设计结构不利于高加载山及其性能是有限的,由于流体先生的阻塞现象的发生。
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先生致动器的阀使用先生的评论是由Abd法塔赫et al。18]。综述显示阀先生的横截面可以申请设计如图16。这种设计结构可以开发高加载山,但先生的输入和输出流体应该扩大,防止阻塞现象的空间限制等山高度径向方向。最近,山和阻尼器研究了et al。(19]。damper-mount是一种高加载驱动器可用于负载超过25 kN。的配置damper-mount图所示17。活塞的运动在这个设计可以消除流体先生的阻塞现象。事实上,这种想法已经从[发达10,14,15]。高的另一个设计结构加载山先生被钟现在et al。20.]。在这个山设计、阻尼间隙设计为斜差距的主要功能是使流体先生顺畅。这个山的配置如图18。这个设计与斜差距改善流运动虽然阻尼间隙的距离更长。传统的奥山范围内研究了活塞式的et al。21),其配置在图中进行了描述19。这个结构是非常简单的设计安装。然而,这个模型不能用于设计高加载山由于大尺寸的要求生成高阻尼力。本设计结构适用于小阻尼力的范围300 ~ 1000 N。类似的结构安装活塞式也由香港et al。22,23和崔et al。24]。使用环形流山先生差距研究了理发师和卡尔森25)如图20.。这类似于山的缺点提出了山(15]。另一个活塞式山也研究了崔et al。26),这是类似于山(21,22,24,25]。
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从上面的评论,液压悬置的设计配置,传统山先生和高加载了山先生和一些突出特点进行了讨论。这些密集的评论非常有用的开发高性能先生受到山等设计约束空间限制和频率限制。是高加载山指出,重要的设计因素包括流体先生的操作模式,缺口大小的流动路径,阻塞现象,在操作过程中可动部分,和令人兴奋的大小和频率。除此之外,其他因素,如线圈,线圈,线圈的尺寸应该也显著考虑设计。然而,这些因素密切相关的磁场的大小,从而改变阻尼力的值。线圈的安排将直接影响制定操作模式在山上的设计程序,因此设计师应该仔细考虑之前的操作模式来实现预期的控制性能确定的具体维度山先生。
3所示。山先生分析的加载
在本节中,设计所需的控制方程的高加载山先生进行了综述和讨论。首先,方程计算的内部压力阀先生与环形和径向流体流动路径(9)进行了总结。这些方程是基本知识获取准确的阻尼力的设计过程。这个结构如图21。环形流体的压降差距决定如下: 在哪里是由环形流体压降的差距,环形流体的粘性压力,是field-dependent诱导从环形流体的屈服应力,是环形流体阻尼间隙,通过环形部分的体积流量,流体粘度先生,环形流体流动的动态屈服应力,然后呢流速剖面的因素。压降的汇流与径向流体计算如下: 在哪里是体积流量通过汇流流和径向部分是径向流体的阻尼间隙。的源头流的压降与径向流体得到如下: 在哪里是源头的体积流量通过径向截面流。相关的压降field-dependent组件在径向流体派生 在哪里径向流体流动的动态屈服应力和流速剖面的因素。因此,径向流体的总压力降差距表示为 现在,先生阀的压降是总结(6)和(10)如下: 的值(11)用于阀先生的阻尼力计算。根据这个方程,山高加载典型断面的阻尼力。考虑部分之一高加载如图22电线圈的设计成梯形形状。这部分可以提高磁线在上/下的角落里板和板中部。山先生的阻尼力本节如图23决定如下: 在哪里阻尼力(N),下盘的高度(米),上盘的高度(米)阻尼间隙(m),是磁流变液的粘度(Pa·s),有效半径(米),内部半径(米),活塞的高度(米),活塞的面积相关阻尼差距(m2),和流量系数,符号函数的速度。
高的部分加载如图24是山的多变的差距。在本节结构,地位的差距可以调整根据差压在参议院和众议院之间。其阻尼力计算如下(11]: 在哪里 上盘的面积,先生流的速度,先生的粘度是流体在断开状态,,,选为常量的值从2到3,然后呢,,先生的屈服应力流体在三个不同的区域对应于三个阻尼间隙,,。
用于高的横截面damper-mount描绘在图加载25。其阻尼力包括两个主要部分:阻尼器和山。阻尼器的阻尼力计算如下(部分19]: 在哪里是在气室的压力,粘滞系数,的屈服应力力活塞式安装,然后呢活塞的速度。这些参数确定如下: 山的阻尼力是决定如下: 在哪里是中央黑洞的体积流率,的体积流率水平阻尼活塞之间的差距和上板的固定阀,的面积是下盘,和压力系数比率。
4所示。山仿真的分析工具
主要有两种方法模拟山先生:CFD(计算流体动力学)模型在商业软件27和分析模型28]。除此之外,另一个分析模型修改宾汉模型(29日Bouc-Wen模型[]和修改30.,31日)可以应用于推导出模型。在本节中,经常采用的分析模型高挂载加载设计进行了综述和讨论。注意,使用的分析工具(28)可以被用于传统的设计小阻尼力山先生。考虑内流速的分布如图山先生26山先生的,一个简单的力学模型可以表示为如图27。从这个模型中,总流率流体在山先生写的 在哪里是阻尼的流量差距上板(m3/秒),是灵活的流量上的脸板(m3/秒),挠性板外的流量(m3/秒),是灵活的流量较低的脸板(m3/秒),是弹性板的中心孔的流量(m3/ s),是阻尼间隙的流量较低的板(m3/ s)。该系统包括的位移橡胶的元素,阀块,灵活的盘子。上院的压力是由下列方程表示: 在哪里是先生的流体的体积弹性模量(N / m2),参议院(Pa)的压力,参议院卷(米3),是橡胶元件区域接触面积与流体先生(m2),柔性板面积(m2),是上盘区(m2),山是橡胶的变形速度(米/秒),是柔性板的振动速度(米/秒),然后呢是阀块的速度(米/秒)。较低的压力室表示如下: 在哪里下议院(Pa)和压力吗众议院卷(米3)。从图28灵活的系统的控制方程推导如下: 在哪里弹性板的质量(公斤),是上层流体(N / m)先生的刚度系数,较低的刚度系数的流体(N / m)先生,上先生的阻尼系数是液体(Ns / m),先生的低阻尼系数是液体(Ns / m),的水平刚度系数是液体(N / m)先生,是初始水平阻尼间隙(m),然后呢是水平振动阻尼缺口(m) (32]。它指出,(19)- (21),上盘和下盘的运动,是相似的。这些板块应该是为了保证同时动作。流体先生的刚度系数计算如下(31日]: 在哪里(GPa)和(GPa)是fluid-air混合物的体积弹性模量33的上部和更低的脸挠性板,分别是上盘区(m2),是下盘区(m2),在上面对柔性板上体积(m3),较低的体积是在较低的柔性板(m3)。方程(23)是重新定义后挠性板的阀块的理由如下: 在哪里(N / m2·一个−1/2),(N / m2·一个−1/2)是常数包括体积弹性模量的影响。应用电流线圈(A)。当有三个参数的,阻尼间隙,根据振动大小改变,刚度和刚度也发生了变化。这种变化保证了系统的稳定性。先生流体的阻尼系数计算如下(31日]: 在哪里阻尼之间的差距是上盘和上表面弹性板(m),低阻尼差距降低板和柔性板(m),是先生的屈服应力流体(Pa),然后呢是先生流体的流速(米/秒)。这是说,应用电流的变化会影响的变化,然后的值和也发生了变化。从图29日山先生的执政磁路方程计算如下(28]: 在哪里提供的电压(V),是电线圈的匝数(转),线圈的电阻(),磁通。是总不愿山先生和磁路的计算如下: 在哪里,,,,渗透率的住房、阻尼差距、阻尼间隙、阻尼间隙,和阻尼差距,分别。山先生的阻尼力表达如下: 在哪里(N·s / m)后的阻尼系数的变化应用电流和压力,(N / m)是刚度系数,[N]进化系数,是进化的变量(31日]。的组件(27)确定如下: 在哪里,,,,,,,,,,阻尼系数是常数,刚度系数,进化的系数,分别和进化变量。这些值是决定基于优化过程的结果。指出,这些值将不同组实验数据似乎是一个不断报道在31日]。山的总力系统确定如下: 在哪里是橡胶的刚度元素(N / m)和是橡胶元件的阻尼系数(N·s / m)。从(19),(20.),(25),(27)和(29日),山先生的变量系统向量定义为 评估“阻塞”现象,之间的差压的参议院和众议院决定解决方程(18)和(19),并将这一结果与有限的压力来自于先生的屈服应力流体在磁场的上院。有限的压力计算如下: 如果该值高于价值的差异在山上,“阻塞”现象是阻止反向。
5。结论
本文设计的配置高加载坐骑先生进行了综述和讨论通过调查优点和缺点。总结的设计评审,高加载支架在设计过程中,许多主要因素如阻尼间隙,横截面,应考虑阻尼力方程。此外,识别模型同时被认为是实现振动控制性能优越。讨论,一般高加载山先生设计了基于流体先生的两种主要模式:流模式和剪切模式。山内部分的分布决定了建立压力,这是直接关系到山的阻尼力。从回顾调查还发现了,高加载山先生基于挤压模式仍然是困难的在设计配置由于低阻尼力和泄漏的液体本身。因此,突破设计配置使用挤压大变形值的模式在未来需要创建。本文调查提供了一个有用的指南山高负载,采用组合模式设计基于流和剪切操作。这种组合模式类型的高加载坐骑有几个好处,如不发生阻塞现象和更高的控制力与一个单一的模式。
命名法
| : | 环形流体的压降(Pa)的差距 |
| : | 环形流体的粘性压力(Pa) |
| : | 环形流体流动的field-dependent诱导屈服应力(Pa) |
| : | 环形流体的阻尼间隙(米) |
| : | 通过环形部分体积流量 |
| : | 流体粘度先生(Pa·s) |
| : | 环形的动态屈服应力流体(kPa) |
| : | 流速剖面的因素 |
| : | 集合流的压降(Pa) |
| : | 体积流量通过径向部分汇流(m3/秒) |
| : | 阻尼间隙径向流体(m) |
| : | 源头流的压降(Pa) |
| : | 体积流量通过径向部分上游流(m3/秒) |
| : | 相关的压降field-dependent组件在一个径向流体(Pa) |
| : | 径向流体流动的动态屈服应力(kPa) |
| : | 流速剖面的因素 |
| : | 总压力降的径向流体间隙(Pa) |
| : | 先生阀的压降(Pa) |
| : | 阻尼力(N) |
| : | 下盘的高度(米) |
| : | 上盘的高度(米) |
| : | 阻尼间隙(m) |
| : | 有效半径(米) |
| : | 内部半径(米) |
| : | 活塞的高度(米) |
| : | 活塞的面积相关的阻尼差距(m2) |
| : | 速度的符号函数 |
| : | 在气室的压力(Pa) |
| : | 活塞式的屈服应力力山(N) |
| : | 活塞的速度(米/秒) |
| : | 中心孔的体积流率(m3/秒) |
| : | 的体积流率水平阻尼活塞之间的差距和上盘固定阀(m3/秒) |
| : | 流量阻尼间隙的上板(m3/秒) |
| : | 流量上的灵活的板(m3/秒) |
| : | 流量的外弹性板(m3/秒) |
| : | 流量较低的柔性板(m3/秒) |
| : | 弹性板的中心孔的流量(m3/秒) |
| : | 流量阻尼间隙的下盘(m3/秒) |
| : | 体积弹性模量的液体(N / m先生2) |
| : | 上气室压力(Pa) |
| : | 上院卷(m3) |
| : | 橡胶元件区域面积与流体(m先生联系2) |
| : | 挠性板区(m2) |
| : | 上盘区(m2) |
| : | 橡胶垫架的变形速度(米/秒) |
| : | 振实弹性板速度(米/秒) |
| : | 阀块速度(米/秒) |
| : | 降低燃烧室压力(Pa) |
| : | 下室体积(m3) |
| : | 弹性板的质量(千克) |
| : | 上层流体(N / m)先生的刚度系数 |
| : | 低刚度系数的液体(N / m) |
| : | 上层流体(Ns / m)先生的阻尼系数 |
| : | 低阻尼系数的液体(Ns /米) |
| ,: | fluid-air混合物的体积弹性模量上的脸,下面对柔性板(GPa) |
| : | 上盘区(m2) |
| : | 下盘区(m2) |
| : | 在上面对柔性板上体积(m3) |
| : | 低音量较低的柔性板(m3) |
| 常数包括体积弹性模量的感情(N / m2·一个−1/2) | |
| : | 应用电流线圈(A) |
| : | 提供电压(V) |
| : | 电线圈的匝数(转) |
| : | 线圈的电阻(Ω) |
| : | 磁通(特斯拉)。 |
利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
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