磁流變彈性體,作為一種新型的智能隔振材料,存在潛在的研究價值。但當(dāng)前對于混合式磁流變彈性體隔振器的建模、優(yōu)化還不夠完善。本文旨在設(shè)計(jì)一款混合式磁流變彈性體隔振器,并對其進(jìn)行建模、仿真和結(jié)構(gòu)改進(jìn)。利用Dymola軟件建立隔振系統(tǒng)物理模型,利用Simulink軟件建立隔振系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,驗(yàn)證物理模型與數(shù)學(xué)模型的一致性,進(jìn)一步驗(yàn)證隔振器的隔振性能。具體工作如下:首先,對磁流變彈性體的微觀力學(xué)模型進(jìn)行研究,推算出磁流變彈性體壓縮模量及剪切模量的參數(shù)模型;經(jīng)過測試得出磁感應(yīng)強(qiáng)度與彈性模量之間的對應(yīng)關(guān)系,并運(yùn)用Matlab軟件進(jìn)行最小二乘法擬合,從而得到MRE宏觀力學(xué)模型的具體表達(dá)式,并推導(dǎo)出該隔振器的等效剛度表達(dá)式和阻尼比。其次,對混合式磁流變彈性體隔振器進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。采用磁通勢公式對混合式MRE隔振器的磁路進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算,根據(jù)磁路歐姆定律驗(yàn)算MRE隔振器線圈匝數(shù)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。初步確定MRE隔振器的結(jié)構(gòu)尺寸,為后續(xù)隔振器的結(jié)構(gòu)、磁場的仿真改進(jìn)做好鋪墊。隨后,利用MATLAB將Ansys APDL參數(shù)化語言建模仿真系統(tǒng)和正交優(yōu)化算法進(jìn)行整合,建立了混合式MRE隔振器的自動建模、仿真、優(yōu)化系... 

【文章來源】：中北大學(xué)山西省

【文章頁數(shù)】：85 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

主要技術(shù)路線流程圖

中北大學(xué)學(xué)位論文10（2）磁性顆粒磁性顆粒在MRE中主要用于導(dǎo)磁，故其需要具備較高的磁導(dǎo)率，從而保證在外加磁場的作用下能夠極化形成磁顆粒鏈，增強(qiáng)其導(dǎo)磁性能和抗變形能力。磁性顆粒的性能對磁流變彈性體的磁致特性具有至關(guān)重要的影響[63]。高磁導(dǎo)率和飽和磁化強(qiáng)度、低磁滯剩余強(qiáng)度是需要著重考慮的因素[64]。除此之外，磁性粒子還應(yīng)滿足以下要求：(a)適當(dāng)?shù)念w粒大小和合理的粒子形狀；(b)在基體材料中的含量(體積分?jǐn)?shù)或者質(zhì)量分?jǐn)?shù))合理；(c)穩(wěn)定的物理性能和化學(xué)性能；(d)與基體材料穩(wěn)定的結(jié)合性。羰基鐵粉（CI）的高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度有利于提升材料的磁學(xué)性能和動態(tài)力學(xué)性能。其較高的磁導(dǎo)率促使撤銷磁場作用后材料的動、靜態(tài)力學(xué)性能迅速恢復(fù)零磁場時的狀態(tài)，便于實(shí)現(xiàn)可逆控制，保證材料性能的穩(wěn)定。此外，羰基鐵粉的價格較為低廉，可選作磁流變彈性體的磁性粒子。有研究表明，在橡膠原料中加入38%左右的鐵粉，可使復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度提高約95%[25]，故本課題選用顆粒半徑為3~5μm，含量為40%的羥基鐵粉彈性體作為研究對象。圖2-1鐵磁介質(zhì)的磁滯回線[65]Fig.2-1Hysteresisloopofferromagneticmedium（3）添加劑添加劑在MRE的制備中發(fā)揮著不可或缺的作用，合適的添加劑可以改進(jìn)基體材料的粘彈性，減少磁性顆粒在基體中的運(yùn)動阻力，使磁性顆粒與基體材料緊密結(jié)合[68]。增塑劑、炭黑[43]、石墨烯[44]、碳納米管等是MRE制備過程中最常見的添加劑。增塑劑即增加材料的塑性，保證彈性體內(nèi)部應(yīng)力均勻分布、材料性能穩(wěn)定。炭黑是一種增

中北大學(xué)學(xué)位論文11強(qiáng)劑，能夠增加基體的機(jī)械性能和阻尼強(qiáng)度。2.2磁流變彈性體的力學(xué)模型與性能分析2.2.1磁致壓縮模量外加磁場的大小影響著MRE的性能。當(dāng)磁場強(qiáng)度為零時，制備的是各向同性的MRE，磁性顆粒的隨意分布大大降低了其導(dǎo)磁性能，也不利于建模研究。當(dāng)存在外加磁場時制備的是各向異性的彈性體，在磁力線的作用下，磁性顆粒有序地排列成鏈。針對于壓縮模量的分析，因?yàn)閴嚎s方向與顆粒鏈方向一致，因此顆粒鏈模型可簡化為圖2-2：圖2-2MRE顆粒鏈壓縮簡化模型Fig.2-2MREparticlechaincompressionsimplifiedmodel設(shè)壓縮前，顆粒鏈長為L，壓縮位移為x，壓縮應(yīng)變?yōu)椋瑝嚎s后的顆粒鏈弧長為s，弧長所對應(yīng)的弦長為，取弧長對應(yīng)的半角為，半徑為R，根據(jù)圖2-2可得壓縮應(yīng)變和半圓弧角度之間的關(guān)系為：*2RsinL2R(1)(2-1)將上式的th用泰勒公式展開，由于壓縮應(yīng)變一般較小，取展開項(xiàng)的前兩項(xiàng)有：6(2-2)在偶極子模型中，當(dāng)顆粒鏈發(fā)生彎曲時，取顆粒鏈中兩個相鄰的顆粒進(jìn)行分析，其相互作用能為：


本文編號：3098987