CN100552257C - 一种磁流变阻尼控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及应用磁流变阻尼技术的领域，提供了一种磁流变阻尼控制方法：采用超磁致伸缩材料、永磁体与两端的磁轭构成输入磁回路，采用永磁体、磁轭、磁流变介质和软磁体构成输出磁回路。本发明提供的这种方法，省掉了线圈和外配电源，只需很少的材料即可实现被控结构振动机械能向磁场能的转换，具有无能源装置、大载荷、大阻尼力、响应快、宽频带及对冲击载荷有较好的缓冲等特点。
Description
技术领域
本发明涉及应用磁流变阻尼技术的领域。
背景技术
磁流变阻尼技术，就是利用磁流变效应(Magnetorheological Effect)来实现阻尼作用。利用磁流变效应制作的磁流变阻尼器件具有响应迅速、易于控制、能耗低、阻尼力大的功能。在车辆悬挂系统、建筑结构(如桥梁、大坝、高层建筑等)、制动器和离合器、军用装备中舰炮的后坐力控制、直升飞机旋翼的减振等领域中获得了较广泛的应用，实现振动结构系统的主动、半主动控制。
目前具备的磁流变效应技术，发生作用需要一个外加磁场，采用电磁铁原理(如螺线管线圈)来获得所需的可控磁场，需要外配电源来驱动线圈。这这种技术线圈和外配电源使得磁流变阻尼器件的体积和重量大，对于重量和能源有严格要求的航空航天结构领域，磁流变阻尼器的应用还未取得突破性研究进展；磁流变液的响应时间为毫秒级，但磁流变阻尼器的总响应时间受电磁场上升时间τ＝L/R(L为线圈的电感，R为线圈的电阻)的限制，一般在10～100毫秒的范围内，难以满足一些要求快速响应的场合。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种基于磁流变介质(磁流变液、磁流变弹性体等)与超磁致伸缩材料(Giant Magnetostrictive Material，简称GMM)耦合机理的磁流变阻尼可控的方法。
为实现本发明的目的，本说明书提供了一种磁流变阻尼控制方法：采用超磁致伸缩材料、永磁体与两端的磁轭构成输入磁回路，采用永磁体、磁轭、磁流变介质和软磁体构成输出磁回路。
这种方法可以事先增加在超磁致伸缩材料上加载外部负载的步骤。
这种方法可以事先增加在超磁致伸缩材料上缠绕线圈，该线圈与一个由电容、电阻串联组成的电路相连接的步骤。
本发明提供的这种磁流变阻尼可控的方法，省掉了线圈和外配电源，只需很少的材料即可实现被控结构振动机械能向磁场能的转换。基于本发明方法生产的新型阻尼器相比传统的磁流变阻尼器结构更紧凑，体积和重量更小，可靠性更高，总响应时间(磁流变介质本身的响应时间)提高到毫秒级，与目前的半主动控制的磁流变阻尼器相比，具有无能源装置、大载荷、大阻尼力、响应快、宽频带及对冲击载荷有较好的缓冲等特点。
本发明的目的，特征及优点将结合实施例，参照附图作进一步的说明。
附图说明
图1是本发明的一种结构示意图；
图2是本发明的另一种结构示意图；
图3是本发明的又一种结构示意图。
具体实施方式
参照上图，提供下述实施例。通过实施例将有助于理解本发明，但不限制本发明的内容。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
实施例1：这种磁流变阻尼控制方法：采用超磁致伸缩材料、永磁体与两端的磁轭构成输入磁回路，采用永磁体、磁轭、磁流变介质和软磁体构成输出磁回路。
实施例2：在实施例1中的方法前事先增加在超磁致伸缩材料上加载外部负载的步骤。
实施例3：在实施例1中的方法前事先增加在超磁致伸缩材料上缠绕线圈，该线圈与一个由电容、电阻串联组成的电路相连接的步骤。
当外部负载加载在超磁致伸缩材料上时，其内部磁畴向与施力方向垂直的方向偏转，导致其内部磁化强度减小，因此输入磁回路的磁通量减小，由于总的磁通量不变，因此输出磁回路的磁通量增加，磁流变介质在磁场作用下阻尼增大，而且负载越大，输出磁回路的磁通量增加越多，磁流变介质的阻尼力也越大，因此上述方法具有自适应性的特点，由于超磁致伸缩材料的高抗压强度，因此该新型阻尼器具有大载荷的特点。
由于省掉了线圈和外配电源，且超磁致伸缩材料是高能量密度材料(20kJ/m3，是压电材料的25倍)，即只需很少的材料即可实现被控结构振动机械能向磁场能的转换，因此基于方法的新型阻尼器相比传统的磁流变阻尼器结构更紧凑，体积和重量更小，由于不需要外配电源，可靠性更高，此外由于GMM的响应时间为微秒级，将使阻尼器的总响应时间提高到毫秒级(磁流变介质本身的响应时间)。应该指出附图中所表示的仅是磁流变介质与超磁致伸缩材料耦合基本原理一种方式，可以将此原理应用在流动式、剪切式、挤压式及混合式等各种工作模式下的磁流变阻尼器件中。
在超磁致伸缩材料周围设置感应线圈，并与电容、电阻等组成特定的电路相连接，组成质量调谐阻尼器，亦可产生被动阻尼，它的机理是：当被控结构振动时，超磁致伸缩材料和感应线圈将结构的机械能转换为电能，然后通过电路中的电阻抗将其消耗为焦耳热，或有电回路分流一部分系统能量，从而达到抑制结构振动的目的。
本发明附图中所示结构中有两种阻尼作用：即磁流变介质与GMM耦合机理作用下磁流变介质产生的阻尼和超磁致伸缩材料、线圈、电阻、电感等组成的质量阻尼，此外为优化超磁致伸缩材料逆效应性能且避免使其工作在受拉状态，一般通过弹簧或碟簧施加一定的预压应力在超磁致伸缩材料上，而弹簧对于冲击载荷具有很好的缓冲性能。因此该新型阻尼器与目前的半主动控制的磁流变阻尼器相比，具有无能源装置、大载荷、大阻尼力、响应快、宽频带及对冲击载荷有较好的缓冲等特点。
Claims (2)
1、一种磁流变阻尼控制方法，不需要驱动线圈和外部电源，其特征在于：采用超磁致伸缩材料、永磁体与两端的磁轭构成输入磁回路，采用永磁体、所述两端的磁轭、磁流变介质和软磁体构成输出磁回路；
当外部负载加载在超磁致伸缩材料上时，其内部磁畴向与施力方向垂直的方向偏转，导致其内部磁化强度减小，因此输入磁回路的磁通量减小，由于总的磁通量不变，因此输出磁回路的磁通量增加，磁流变介质在磁场作用下阻尼增大，而且外部负载越大，输出磁回路的磁通量增加越多，磁流变介质的阻尼力也越大。
2、如权利要求1所述的阻尼控制方法，其特征在于：在超磁致伸缩材料上缠绕线圈，该线圈接入一个由电容和电阻串联组成的电路。
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