磁流變阻尼器研究背景目的意義及現狀

1、磁流變阻尼器研究背景目的意義及現狀1研究背景11.1磁流變阻尼器11.2自供能技術22研究目的及研究意義23相關技術國內外研究現狀31研究背景1.1磁流變阻尼器磁流變阻尼器是近十年出現的一種新型的半主動能量吸收器。這種阻尼器因為其簡單的結構，連續(xù)、可順逆調節(jié)的阻尼力，以及大的可調范圍、很快的響應速度等優(yōu)良特性受到廣泛關注。目前，磁流變阻尼器已在車輛懸掛系統、斜拉橋拉索振動控制、海洋平臺結構的減振及高層建筑的隔振等方面得到了初步的應用，并且展現出了良好的應用前景。磁流變阻尼器通常的組成部分通常有活塞桿，活塞頭，由浮動活塞或隔膜來分離的液壓和氣動水缸。在液壓缸里，活塞桿連接到活塞頭，活塞頭上有磁路

2、,例如由同心的線圈組成的管狀磁通量回路。當活塞桿帶動整個結構運動時，液體流過活塞頭上的一個環(huán)形間隙。在這個過程中，只要在間隙中為活塞頭上的線圈提供一個磁場就可以增加環(huán)形間隙中磁流變液的屈服應力。屈服應力的增強改變了間隙中磁流變液的流速剖面并提升壓力縮短了活塞頭的位移。這樣，磁流變阻尼器能產生可控場依賴型屈服力，另外加上一個速度依賴型粘性阻尼力。當線圈內的電流增大，節(jié)流孔內磁場就會增強，磁流變液流過節(jié)流孔的阻力隨之增大，使得阻尼器輸出的阻尼力增大，反之，電流減小，阻尼力也減小。因此通過對輸入電流的調節(jié)，即可控制阻尼器阻尼力的大小。目前市場上供應的磁流變阻尼器主要為電流調節(jié)式，如美國lord公司的

3、rd-1005型mr阻尼器。 磁流變阻尼器根據工作過程中磁流變液的受力狀態(tài)和流動特點的不同，主要分為閥式、剪切式、剪切閥式和擠壓流動式，其中閥式阻尼器的特點是通過迫使磁流變液通過一對固定極板間隙產生阻尼；剪切式阻尼器在工作過程中，上下極板以一定的相對速度平行運動；剪切閥式磁流變阻尼器內的磁流變液既像閥式磁流變阻尼器內的磁流變液那樣受到擠壓被迫通過兩極板，又像剪切式磁流變阻尼器內的磁流變液那樣受到兩極板相對運動時產生的剪切作用；擠壓流動式的磁流變阻尼器的原理是兩極板以一定相對速度作接近或拉開運動，它迫使流體向與極板運動速度垂直的方向流動。不過由于這種類型的減振設備存在一些缺點受到一定的限制，如磁

4、路設計比較復雜和此類設備的工作原理決定了磁路間隙受場強設計的限制不可能太大等，因此，這種減振器只適合振幅不大的減振對象。 磁流變作為一種性能優(yōu)良的新型阻尼器，隨著研究的不斷深入，技術的不斷改進，會在越來越多的領域發(fā)揮其作用。 1.2自供能技術 自供能技術，也稱為“自供電”，是一種將系統周圍環(huán)境中存在的能量，如太陽能，機械能等，轉換為電能并儲存，為無線傳感器網絡節(jié)點及其他微型電子器件永久供能的技術。在無線傳感器網絡節(jié)點供能、植入結構內部的智能結構和材料、不能有電源的場合（易燃易爆）測量、運動物體內部測量（電機轉子）、生物體內部檢測、便攜式供能裝置等領域有極高的應用價值，在國民經濟和國防建設中具有

5、重要意義。2研究目的及研究意義作為一種被應用于交通，建筑等工程領域的能量吸收裝置，磁流變阻尼器能否在各種工作環(huán)境中長期可靠工作顯得十分重要。作為磁流變阻尼器的重要部分的磁流變液，是一種由高磁導率、低磁滯性的微小軟磁性顆粒和非導磁性液體混合而成的懸浮體。磁流變液是一種可控流體，在零磁場條件下呈現出低粘度的牛頓流體特性；而在強磁場作用下，則呈現出高粘度、低流動性的特性。由于磁流變液在磁場作用下的流變是瞬間的、可逆的、而且其流變后的剪切屈服強度與磁場強度具有穩(wěn)定的對應關系，所以，磁流變阻尼器在應用中表現出了良好的性能。但是，磁流變液的特性會受到很多因素的影響，例如，溫度、磁性材料的形狀、體積百分比、

6、屈服應力、剪切應力等。所以，要使磁流變阻尼器能夠正常地工作，必須保證磁流變液的工作環(huán)境在允許的范圍之內3。為了監(jiān)控磁流變液的工作環(huán)境，需要在磁流變阻尼器中安裝各種傳感器，如溫度傳感器，應力傳感器等。為了傳感器得到的數據真實可靠，在不影響磁流變阻尼器正常工作的情況下，選擇傳感器直接與磁流變液接觸。因為磁流變阻尼器本身是一個密封的環(huán)境，所以在通常情況下，傳感器（系統）是被封裝好后安裝在阻尼器中，測得信息通過無線信號傳遞出來。大多數情況下，安裝在密閉空間中的傳感器都是由能量十分有限的電池供電，由于磁流變阻尼器是一個密閉空間且為了阻尼器的性能和工作壽命不受影響，一般不會將阻尼器拆開，所以，通過更換電池

7、的方式來補充能源是不現實的，必須找到一種更有效的能源供給方式，使用現在日漸成熟的自供能技術，從環(huán)境中獲得能量是一種有效的途徑。在磁流變阻尼器工作的過程中，阻尼器內部的磁流變液運動，只要能設計出將磁流變液運動中的一部分機械能轉化為電能的裝置，并設計出實現能量存儲和能量管理的電路，就能使傳感器正常工作。隨著磁流變阻尼器的在各個領域的應用，如何保證阻尼器，特別是那些安裝在重要工作環(huán)境（如橋梁，高層建筑等）的磁流變阻尼器能夠正常工作是一個重要問題，由于用傳統方法為傳感器進行能源供給有一定的局限性，所以設計一個磁流變阻尼器內部工作狀況監(jiān)測的自供能電路十分重要，它不但可以確保傳感器能長期有效地工作，使傳感

8、器能更好地對磁流變阻尼器內部的情況進行真實的反饋，提高了磁流變阻尼器工作的可靠性，同時也能有效的節(jié)約能源，省去許多因為使用傳統方法為傳感器供電帶來的麻煩。 3相關技術國內外研究現狀磁流變效應在國外已經被應用在航天、電子、化工、能源等許多領域，美國已進入了工業(yè)化生產，david simon，mehid ahmadian等人把磁流變阻尼器應用于重型卡車上。在我國，重慶大學的廖昌榮，余淼等對磁流變阻尼器的設計進行了研究，上海交通大學的陳吉安對應用于汽車的磁流變液阻尼器進行了設計，此外，哈爾濱建筑大學、電子科技大學、西北工業(yè)大學等學校也都在進行磁流變效應的研究，不過國內的研究尚屬于實驗室階段，與國外尚

9、有一定的差距。為了確保磁流變阻尼器能夠正常工作，對磁流變阻尼器內部工作狀況進行監(jiān)控的方法上，近來有不少研究人員提出了各種新的想法，國外的 sk faruque ali 和ananth ramaswamy以及國內的王代華教授等都磁流變阻尼器的研究中提出了對磁流變阻尼器的監(jiān)控方法。要對磁流變阻尼器內部工作狀況進行有效的長期監(jiān)控，自供能技術是必不可少的。自供能技術即是將系統所在環(huán)境中存在的機械能，太陽能等各種形式的能量利用各種物理學方法和各種新型材料轉換為電能并儲存，為傳感器及其他微型電子器件永久供能的技術。在傳感器技術、嵌入式計算技術、通信技術日益成熟的今天，由于各種傳感器的數量越來越多，分布的地

10、區(qū)越來越廣，分布地區(qū)的環(huán)境也越來越惡劣，要持續(xù)地給傳感器以及后續(xù)的電路供電十分困難,自供能技術也受到了更多的關注。有不少的研究機構都對自供能技術進行了研究，對磁流變阻尼器內部工作狀況監(jiān)控的自供能電路的設計有很重要的幫助。中國科學院電工研究所的蘇波，李艷秋等提出的利用太陽能電池和溫差電池為傳感器及后續(xù)電路供電，使傳感器和后續(xù)電路有效地工作是一個自供能技術的成功范例。重慶大學的李平，文玉梅等在自供能無線傳感器技術方面發(fā)表了大量的論文，此外還申請了一種用于傳感器的自供電機構，一種電磁能自供電傳感器等多項專利。在自供能電路中，能量的存儲和管理是兩個重要的環(huán)節(jié)。如何將微弱的能量存儲起來并有效地進行使用，

11、國內外都對此進行過研究。在國外，r.j.m. vullers，r. van schaijk ，i. doms ，c. van hoof ，r. mertens 等人對微小能量的管理進行過大量的研究9。在國內，在對微弱能量的存儲和管理方面，也有許多的學者在進行著研究，比如重慶大學的李平教授、文玉梅教授等開展的自供能無線傳感器技術的研究，河北滄州職業(yè)技術學院的孫玉軍在電磁能源管理電路工作原理及其應用進行的研究等。自供能技術不還僅僅局限于傳感器電能的供應上，各國的研究者和工程人員還將自供能技術應用到了日常生活中的許多方面。國外，日本鐵路當局在繁忙的東京地鐵，安裝壓電式發(fā)電地板，這種地板能將乘客走路時產生的能量利用壓電效應轉換成電能，開始時這種“發(fā)電地板”在車站的鋪設面積約90平方米。一個人通過時產生的電量就可使100瓦燈泡發(fā)光0.01秒，一天的電量約可點燈80分鐘。美國佐治亞理工大學的科研人員研制