CN103161873A - 减振器磁流变液体的磁致剪切应力系数的分析计算方法 - Google Patents

减振器磁流变液体的磁致剪切应力系数的分析计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及减振器磁流变液体的磁致剪切应力系数的分析计算方法，属于减振器技术领域。对于磁致剪切应力系数，一直没有简便、准确、可靠的分析计算方法，先前国内、外大都是利用专用测试仪器或装置。该发明其特征在于：利用现有减振器特性试验设备，代替专用的测试仪器，根据磁流变减振器在未施加控制电流及两种不同控制电流（I＝I 1和Ｉ = I 2）情况下的阻尼特性试验数值，通过分析计算便可得到准确、可靠的磁流变液体的磁致剪切应力系数K τ。该方法不仅简便、准确，而且不需要购置专用的测试仪器，降低测试仪器购置费；同时，分析计算所得到的磁致剪切应力系数K τ更加实际、可靠，可进一步提高磁流变减振器的设计水平、质量和性能。

Description

减振器磁流变液体的磁致剪切应力系数的分析计算方法
技术领域
 本发明涉及磁流变减振器，特别是减振器磁流变液体的磁致剪切应力系数的分析计算方法。
背景技术
磁流变减振器可通过控制电流的大小实现对减振器阻尼力的控制，它具有响应速度快、功耗低，调节范围大等特点，并且工作条件相对简单，当前国内、外汽车悬架研究领域的一个热点。磁流变减振器的阻尼力是由粘滞阻尼力和库仑阻尼力组成的，而库仑阻尼力可表示为                                               
Figure 2013101131689100002DEST_PATH_IMAGE002
，其中，K τ 即为磁流变液体的磁致剪切应力系数。可知：磁流变液体的库伦阻尼力F i 不仅受减振器结构的影响，而且还受磁流变液体的磁致剪切应力系数K τ 的影响。因此，磁流变液体的磁致剪切应力系数K τ 对减振器阻尼特性具有重要影响,并且直接影响磁流变减振器的设计及特性仿真。然而，目前国内、外一直未能给出简便、准确、可靠的磁流变液体的磁致剪切应力系数K τ 的分析计算方法，大都是需要通过复杂的仪器或装置，对磁流变液体的磁致剪切应力系数K τ 进行测定，例如，重庆师范大学的何国田, 张德胜等人，曾设计了一种磁流变液电磁学特性检测装置，包括：磁流变液电磁学特性转换器、信号预处理、信号放大与滤波、数据处理及显示五部分，对磁流变液的电磁学特性参数进行测试。然而，减振器所采用磁流变液体的类型和组成各不相同，由于受软磁性颗粒、载液及添加剂等多种因素的影响，磁流变液体的磁致剪切应力系数K τ 也各不相同的，因此，其最大屈服剪切应力的数值会在[50~100kPa]大范围内变化。因此，随着汽车工业的快速发展及车辆行驶速度的不断提高，对磁流变减振器的设计提出了更高的要求，因此，必须建立一种简便、准确的减振器磁流变液体的磁致剪切应力系数K τ 分析计算方法，在不添加专用测试仪器或装置的情况下，利用现有的减振器特性试验设备及试验数值的分析，得到可靠的减振器磁流变液体的磁致剪切应力系数，以满足对磁流变减振器快速和精确设计的要求，降低试验费用，提高磁流变减振器的设计质量、水平和性能。
发明内容
针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种简便、准确、可靠的减振器磁流变液体的磁致剪切应力系数的分析计算方法，其分析计算流程如图1所示。
为了解决上述技术问题，本发明所提供的减振器磁流变液体的磁致剪切应力系数的分析计算方法，其技术方案实施步骤如下：
（1）磁流变减振器在未施加控制电流下的阻尼特性试验：
根据减振器试验的最大速度V max，确定所施加谐波位移信号的幅值A及频率f,即：
                  f =V max/(2πA)
然后利用减振器特性试验台,通过施加幅值A及频率f谐波位移信号，在未施加控制电流I的情况下，对磁流变减振器的阻尼特性进行试验，测得减振器位移x(i)及对应阻尼力F 0(i),并通过特性分析软件，得到减振器在为施加控制电流情况下的速度特性曲线F 0(V)；
（2）磁流变减振器在施加控制电流下的阻尼特性试验：
根据（1）中的最大速度V max，及所施加谐波位移信号的幅值A和频率f，对同一只减振器分别在控制电流I 1和I 2情况下的阻尼特性进行特性试验，测得减振器位移x(i)及对应阻尼力F 1 (i)及F 2(i)，并通过特性分析软件，得到减振器在I 1和I 2两种控制电流情况下的速度特性曲线，即F 1(V)和F 2(V)；
（3）确定减振器磁流变液体的磁化特性指数α：
根据步骤（1）中的速度特性曲线F 0(V)，步骤（2）中的速度特性曲线F 1(V)和F 2(V)，可得在同一速度V情况下，减振器在I 1和I 2两种控制电流情况下的磁流变减振器的阻尼力F 1 (V)和F 2(V)，与未施加控制电流情况下的阻尼力F 0(V)之差
Figure 2013101131689100002DEST_PATH_IMAGE004
和，分别为：
           
Figure 2013101131689100002DEST_PATH_IMAGE008
 ；
           
Figure 2013101131689100002DEST_PATH_IMAGE010
；
根据控制电流I 1和I 2，及
Figure 366116DEST_PATH_IMAGE004
和
Figure 96305DEST_PATH_IMAGE006
，便可确定该减振器的磁流变液体的磁化特性指数α，即：
；
（4）减振器磁流变液体的磁致剪切应力系数 K τ 的分析计算：
 根据磁流变减振器活塞缸筒的内径D H，活塞长度L，活塞与缸筒之间的环形缝隙h，活塞杆直径d g，磁流变减振器电磁线圈的匝数N，控制电流I 1和I 2，步骤（3）的α，
Figure 751409DEST_PATH_IMAGE004
或
Figure 24914DEST_PATH_IMAGE006
，对减振器磁流变液体的磁致剪切应力系数K τ 进行分析计算，即
Figure 2013101131689100002DEST_PATH_IMAGE014
；
或                 
Figure 2013101131689100002DEST_PATH_IMAGE016
。
本发明比现有技术具有的优点：
先前对减振器磁流变液体的磁致剪切应力系数K τ，大都需要专业的测试仪器或装置进行试验测试，其测试环境及所测得的特性参数数值与实际减振器工作环境及特性参数有很大的差别，因此，不能满足当前汽车工业快速发展及对磁流变减振器精确设计及特性仿真建模的要求。本发明所建立的减振器磁流变液体的磁致剪切应力系数的分析计算方法，可利用现有的减振器特性试验设备，代替专用的测试仪器或装置，根据磁流变减振器在未施加控制电流情况下（I=0）的阻尼特性试验数值，及在两种不同控制电流I 1和I 2情况下的阻尼特性试验数值，对减振器所采用磁流变液体的磁致剪切应力系数K τ进行准确的分析计算。利用该分析计算方法，不仅简便、准确，而且不需要购置专用的测试仪器或装置，降低试验测试费用；同时，由于直接利用磁流变减振器阻尼特性试验及所测得的阻尼特性数值，因此，分析计算所得到的磁致剪切应力系数K τ更加反映实际情况，确保所建立的磁流变减振器设计及特性仿真模型更加准确性、可靠，可进一步提高磁流变减振器设计水平、质量和性能。
为了更好地理解本发明下面结合附图作进一步的说明。
图1 是减振器磁流变液体的磁致剪切应力系数的分析计算方法的流程图；
图2 是磁流变减振器的活塞缸筒及活塞的结构示意图；
图3 是实施例一的磁流变减振器在不同控制电流（I＝0，I 1＝0.5A和I 2＝1.0A）情况下的阻尼特性曲线；
图4 是实施例二的磁流变减振器在不同控制电流（I＝0，I 1＝0.5A和I 2＝0.8A）情况下的阻尼特性曲线。
具体实施方案
下面通过实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例一：某型磁流变减振器的活塞缸筒及活塞的结构示意图，如图2所示，减振器活塞缸筒1，活塞2，电磁线圈3，活塞杆4，其中，电磁线圈3镶嵌在活塞的中部，活塞2与活塞缸筒1的内壁之间的环形间隙h，即减振器活塞缝隙h。该磁流变减振器的活塞缸筒内径D H=28mm，活塞杆直径d g=18mm，活塞长度L=40mm，活塞缝隙h=0.7mm；电磁线圈的匝数N=80匝。磁流变减振器的最大试验速度V max=1.0m/s，在控制电流I＝0A，I 1＝0.5A和I 2＝1.0A情况下，对该磁流变减振器进行阻尼特性试验，并分析计算该减振器的磁流变液体的磁致剪切应力系数K τ。
本发明实例所提供的减振器磁流变液体的磁致剪切应力系数的分析计算方法，分析计算流程如图1所示，具体技术方案实施步骤如下：
（1）磁流变减振器在未施加控制电流下的阻尼特性试验：
根据减振器试验的最大速度V max=1.0m/s，确定所施加谐波位移信号的幅值A＝25mm及频率f，即：
                  f =V max/(2πA)＝6.3662Hz；
然后利用减振器特性试验台,通过施加幅值A＝25mm及频率f＝6.3662Hz谐波位移信号，在未施加控制电流I（即I＝0A）的情况下，对该磁流变减振器的阻尼特性进行试验，测得减振器位移x(i)及对应阻尼力F 0(i),并通过特性分析软件，得到减振器在未施加控制电流情况下的速度特性曲线F 0(V)，如图3所示；
其中，在V＝0.3m/s下的阻尼力F 0＝336.01N；
（2）磁流变减振器在施加控制电流下的阻尼特性试验：
根据（1）中的V max=1.0m/s，及所施加谐波位移信号的幅值A＝25mm和频率f＝6.3662Hz对同一只减振器，分别在控制电流I 1＝0.5A和I 2＝1.0A情况下的阻尼特性进行特性试验，测得减振器位移x(i)及对应阻尼力F 1 (i)及F 2(i)，并通过特性分析软件，得到减振器在I 1＝0.5A和I 2＝1.0A两种控制电流情况下的速度特性曲线，即F 1(V)和F 2(V)，如图2所示；
其中，在V＝0.3m/s下减振器在I 1＝0.5A和I 2＝1.0A两种控制电流情况下的阻尼力，分别为：
F 1＝673.188 N；       F 2＝1358.1N；
（3）减振器磁流变液体的磁化特性指数α的确定：
根据在同一速度V＝0.3m/s情况下，步骤（1）中的F 0＝336.01N，步骤（2）中的F 1＝673.188 N和F 2＝1358.1N，确定磁流变减振器在I 1＝0.5A和I 2＝1.0A两种控制电流情况下的阻尼力F 1和F 2，与未施加控制电流情况下的阻尼力F 0之差，分别为：
                  
Figure 776969DEST_PATH_IMAGE008
 ＝337.18N，
           ＝1022.1N；
根据控制电流I 1＝0.5A和I 2＝1.0A，及
Figure 741831DEST_PATH_IMAGE004
＝337.18N和
Figure 753781DEST_PATH_IMAGE006
＝1022.1N，对该减振器的磁流变液体的磁化特性指数
Figure 2013101131689100002DEST_PATH_IMAGE018
进行分析计算，即：
Figure 295096DEST_PATH_IMAGE012
＝1.6;
（4）减振器磁流变液体的磁致剪切应力系数 K τ 的分析计算：
 根据磁流变减振器活塞缸筒的内径D H=28mm，活塞长度L=40mm，活塞与缸筒之间的环形缝隙h=0.7mm，活塞杆直径d g=18mm，磁流变减振器电磁线圈的匝数N=80匝，控制电流I 1=0.5 A和I 2=1.0A，步骤（3）的α=1.6，
Figure 350777DEST_PATH_IMAGE004
=337.18N或1022.1N，对减振器磁流变液体的磁致剪切应力系数K τ 进行分析计算，即
Figure 655167DEST_PATH_IMAGE014
=0.0015；
或          
Figure 240869DEST_PATH_IMAGE016
=0.0015。
通过与利用专用测试仪器所测得的该减振器的磁流变液体的磁致剪切应力系数K τ ＝0.00149，比较可知：利用阻尼特性试验分析计算方法所得到的该减振器的磁致剪切应力系数K τ =0.0015，与专用测试仪器所测得的相吻合，相对偏差仅为0.67％，表明该发明所提供的减振器磁流变液体的磁致剪切应力系数的分析计算方法是准确。
实施例二：某磁流变减振器的活塞缸筒内径D H=28mm，活塞杆直径d g=20mm，活塞长度L=45mm，活塞缝隙h=0.8mm；电磁线圈的匝数N=60匝。磁流变减振器的最大试验速度V max=0.52m/s，在控制电流I＝0A，I 1＝0.5A和I 2＝0.8A情况下，对该磁流变减振器进行阻尼特性试验，并分析计算该减振器的磁流变液体的磁致剪切应力系数K τ。
采用实施例一的技术方案实施步骤，对该磁流变减振器的磁流变液体的磁致剪切应力系数K τ进行分析计算，即：
（1）磁流变减振器在未施加控制电流下的阻尼特性试验：
根据减振器试验的最大速度V max=0.52m/s，确定所施加谐波位移信号的幅值A＝15mm及频率f,即：
                                    f =V max/(2πA)＝5.5174Hz；
然后利用减振器特性试验台,通过施加幅值A＝15mm及频率f＝5.5174Hz谐波位移信号，在未施加控制电流I（即I＝0A）的情况下，对某磁流变减振器的阻尼特性进行试验，测得减振器位移x(i)及对应阻尼力F 0(i) ，并通过特性分析软件，得到减振器在未施加控制电流情况下的速度特性曲线F 0(V)，如图4所示；
其中，在V＝0.3m/s下的阻尼力F 0＝161.14N；
（2）磁流变减振器在施加控制电流下的阻尼特性试验：
根据（1）中的最大速度V max=0.52m/s，及所施加谐波位移信号的幅值A＝15mm和频率f, ＝5.5174Hz对上述减振器，分别在控制电流I 1＝0.5A和I 2＝0.8A情况下的阻尼特性进行特性试验，测得减振器位移x(i)及对应阻尼力F 1 (i)及F 2(i)，并通过特性分析软件，得到减振器在I 1＝0.5A和I 2＝0.8A两种控制电流情况下的速度特性曲线，即F 1(V)和F 2(V)，如图3所示；
其中，在V＝0.3m/s下减振器在I 1＝0.5A和I 2＝0.8A两种控制电流情况下的阻尼力，分别为：
F 1＝1343.2N，F 2＝2581.7N；
（3）减振器磁流变液体的磁化特性指数α的确定：
根据在同一速度V＝0.3m/s情况下，步骤（1）中的F 0＝161.14N，步骤（2）中的F 1＝1343.2 N和F 2＝2581.7N，确定磁流变减振器在I 1＝0.5A和I 2＝0.8A两种控制电流情况下的阻尼力F 1和F 2，与未施加控制电流情况下的阻尼力F 0之差，分别为：
                  
Figure 483763DEST_PATH_IMAGE008
 ＝1182N，
           
Figure 787705DEST_PATH_IMAGE010
＝2690.5N；
根据控制电流I 1＝0.5A和I 2＝0.8A，及
Figure 875878DEST_PATH_IMAGE004
＝1182N和
Figure 581666DEST_PATH_IMAGE006
＝2690.5N，对该减振器的磁流变液体的磁化特性指数
Figure 744530DEST_PATH_IMAGE018
进行分析计算，即：
＝1.75;
（4）减振器磁流变液体的磁致剪切应力系数 K τ 的分析计算：
 根据磁流变减振器活塞缸筒的内径D H＝28mm，活塞长度L=45mm，活塞与缸筒之间的环形缝隙h=0.8mm，活塞杆直径d g＝20mm；电磁线圈的匝数N=60，控制电流I 1＝0.5A和I 2＝0.8A；步骤（3）的α=1.75，
Figure 427633DEST_PATH_IMAGE004
=1182N或
Figure 987927DEST_PATH_IMAGE006
＝2690.5N；对减振器磁流变液体的磁致剪切应力系数K τ 进行分析计算，即：
Figure 572623DEST_PATH_IMAGE014
=0.0034；
或          
Figure 585579DEST_PATH_IMAGE016
=0.0034。
通过与利用专用测试仪器所测得的该减振器的磁流变液体的磁致剪切应力系数K τ ＝0.00339，比较可知：利用阻尼特性试验分析计算方法所得到的该减振器的磁致剪切应力系数K τ =0.0034，与专用测试仪器所测得的相吻合，相对偏差仅为0.29％，表明该发明所提供的减振器磁流变液体的磁致剪切应力系数的分析计算方法是准确。

Claims (2)

1.减振器磁流变液体的磁致剪切应力系数的分析计算方法，其具体步骤如下：
（1）磁流变减振器在未施加控制电流下的阻尼特性试验：
根据减振器试验的最大速度V max，确定所施加谐波位移信号的幅值A及频率f,即：
                     f =V max/(2πA)
然后利用减振器特性试验台,通过施加幅值A及频率f谐波位移信号，在未施加控制电流I的情况下，对磁流变减振器的阻尼特性进行试验，测得减振器位移x(i)及对应阻尼力F 0(i),并通过特性分析软件，得到减振器在为施加控制电流情况下的速度特性曲线F 0(V)；
（2）磁流变减振器在施加控制电流下的阻尼特性试验：
根据（1）中的最大速度V max，及所施加谐波位移信号的幅值A和频率f，对同一只减振器分别在控制电流I 1和I 2情况下的阻尼特性进行特性试验，测得减振器位移x(i)及对应阻尼力F 1 (i)及F 2(i)，并通过特性分析软件，得到减振器在I 1和I 2两种控制电流情况下的速度特性曲线，即F 1(V)和F 2(V)；
（3）确定减振器磁流变液体的磁化特性指数α：
根据步骤（1）中的速度特性曲线F 0(V)，步骤（2）中的速度特性曲线F 1(V)和F 2(V)，可得在同一速度V情况下，减振器在I 1和I 2两种控制电流情况下的磁流变减振器的阻尼力F 1 (V)和F 2(V)，与未施加控制电流情况下的阻尼力F 0(V)之差
Figure 2013101131689100001DEST_PATH_IMAGE001
和
Figure 706100DEST_PATH_IMAGE002
，分别为：
             ；
             
Figure 503767DEST_PATH_IMAGE004
；
根据控制电流I 1和I 2，及和
Figure 664938DEST_PATH_IMAGE002
，便可确定该减振器的磁流变液体的磁化特性指数α，即：
；
（4）减振器磁流变液体的磁致剪切应力系数 K τ 的分析计算：
    根据磁流变减振器活塞缸筒的内径D H，活塞长度L，活塞与缸筒之间的环形缝隙h，活塞杆直径d g，磁流变减振器电磁线圈的匝数N，控制电流I 1和I 2，步骤（3）的α，
Figure 824655DEST_PATH_IMAGE001
或
Figure 50231DEST_PATH_IMAGE002
，对减振器磁流变液体的磁致剪切应力系数K τ 进行分析计算，即
Figure 140547DEST_PATH_IMAGE006
；
或        
Figure 2013101131689100001DEST_PATH_IMAGE007
。
2.根据权利要求1所述方法中的步骤(4)，其特征在于：根据磁流变减振器活塞缸筒的内径D H，活塞长度L，活塞与缸筒之间的环形缝隙h，活塞杆直径d g；磁流变液体的磁化特性指数α，电磁线圈的匝数N，控制电流I 1，及在控制电流I 1情况下的磁流变减振器在某一速度V的阻尼力F 1(V)，与在未施加控制电流情况下的阻尼力F 0(V)之差
Figure 138109DEST_PATH_IMAGE001
，通过分析计算便可得到准确、可靠的磁流变减振器的磁流变液体的磁致剪切应力系数K τ ，即
。
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