车磁流变减振器流变力学特性的研究精.docx

第23卷第6期2002年11月 江苏大学学报(自然科学版 Jour nal o f Jia n g su U n ivers it y (N atural S cie nee V o l .23N o.6 N ov.2002 汽车磁流变减振器流变力学特性的研究 谢俊1,刘军2,马履中1 (1.江苏大学机械工程学院,江苏 镇江212013; 2.江苏大学汽车与交通工程学院 江苏镇江212013 ［摘要］磁流变液是一种新型的功能材料，属于可控流体.它能在强磁场作用下 从牛顿流体变为 有较高屈服应力的粘塑流体，这种变化连续可逆且迅速，用其制成 的阻尼器具有结构简单、 体积小、能耗低和阻尼可连续调节等优点.利用非牛顿 粘性流体模型和宾汉流体模型，设计基于流动模式 的汽车用磁流变减振器，利用 ANSYS有限元分析软件计算其力学性能并进行试验验证.结果表明磁流变减振器 可实现阻尼无级可调，将其用于汽车悬架系统，可改善行驶的平顺性，获得良好的振 动特性. ［关键词］磁流变液；减振器；汽车悬架 ［中图分类号］TB 383［文献标识码］A ［文章编号］1671-7775(2002 06-0026-04 为加速车架与车身振动的衰减，以改善汽车的行驶平顺性，在大多数汽车的悬 架系统内都装有减 振器.减振器和弹性元件是并联安装的.试验研究 证明,悬架系 统中理想的阻尼特性应该是随着使用 因素(如道路条件、载荷的变化而改变，即减 振器的阻尼力应和悬架系统的参数有恰当的匹配关系：在悬架压缩行程内，减振器 阻尼力应较小，以便充分利 用弹性元件的弹性，以缓和冲击；在悬架伸张行程 内，减 振器的阻尼力应大，以求迅速减振；当车桥(或车轮与车架的相对速度过大时，减振 器应能使阻尼力始终保持在一定限度内，以避免承受过大的冲击 载荷?即悬架系统 的某一参数发生变化时，减振器的阻尼力也应随之而改变，从而可保证悬架系统有 良好的振动特性[2]. 磁流变液（M a g netorheo Io g ical F lui d简称M RF属于可控流体,由高磁导 率、低磁滞性的微小软颗粒和非导磁性液体混合而成的悬浮体，是智能材料研究 领域中较为活跃的一种.M RF在零磁场 条件下呈现出低粘度的牛顿流体特性；而 在强磁场 作用下,则呈现出高粘度、 低流动性的宾汉流体特 性.由于M RF在磁场 作用下的流变是瞬间、 可逆的,而且其流变后的剪切屈服强度与磁场强度具有 稳定的对应关系，因此是一种用途广泛、 性能优良的 智能材料，用其制成的阻 尼器具有结构简单、 体积小,能耗低、可连续调节等优点，是结构实施主动控制的 理想装置[3]. M R阻尼器是一种通过调整磁流 变阀中的磁场强度，来达到调节阻尼 参数目的的智 能装置，将其用于汽车悬架系统，可改善行驶的平顺 性,获得良好的振 动特性. !汽车磁流变减振器工作模式的分析 磁流变液装置的工作模式有流动模式、 剪切模 式和挤压模式，三种基本模式的 工作情况如图1所示[4]. 在流动模式下，磁流变液被限制在静止的磁极之间,在压力差作用下产生流动， 流动阻力通过磁场强度来控制.汽车用磁流变减振器就是一种典型的流动模式阻 尼器. 根据汽车减振器工作特点，设计了基于流动模 式的减振器，图2所示其结构与 双向作用筒式减振 器相似.从筒壁引入导线控制磁场变化，磁场变化可以改变从工 作活塞轴向孔隙中流过的 M RF的粘度,进而改变阻尼力的大小，这种调节是连续 的. ［收稿日期］2002-05-21 ［ ［基金项目］江苏省汽车工程重点实验室开放基金资助项目 (K 2091 ［作者简介］ ［ ［基金项目］江苏省汽车工程重点实验室开放基金资助项目 (K 2091 ［作者简介］ 谢俊(1968-, 谢俊(1968-,女，江苏镇江人,江苏大学讲师、 博士生！ 图1磁流变液装置的基本工作模式 F i g .1B as ic m odes o f o p eratio n f or M RF devices 图2汽车磁流变液减振器 F i g .2A l tom o tive M RF shock absorber 由于磁流变液在阻尼通道中的流动是沿着减振 器轴向流动的，在周向和径向的 流动速度为零，为了简化，假设磁流变液在阻尼通道内沿轴向是线性变 化的,流体不 可压缩,则由流体力学得圆管内流体均 匀流动方程式为 [1] 2L (1 式中 !— 磁流变液的剪切应力！ 1 — ——阻尼通道两端的压力差L — ——阻尼通道的长度管壁处 ! W = ! R 2L (2 磁流变液属于非牛顿流体中非时变粘性流 体 宾汉流体,其本构方程为 [1] -d T = p ! -! 0 (3 式中 u — ——流体轴向流速分量！ 0 ——屈服值 p 塑性粘度！ 0, 1在一定的温度和压力