磁流变液在悬臂夹层梁振动抑制中的实验研究

磁流变液是智能材料系统中重要的作动器材料之一,在外加磁场作用下,其物理性能粘度、剪切模量会发生较大变化。本文实验研究了磁流变液夹层梁振动抑制效果。实验梁由MRF层和上下弹性层组成,悬臂支承,表面单点激励。通过改变外加磁场,梁的刚度、阻尼随之改变。利用这些变化可以调节梁的振动特性,如固有频率、振幅、损耗因子等。实验激励力频率为0~300Hz,外加磁场为0、8001、500 Oersted。实验结果表明:随着外加磁场强度的增加,梁的固有频率和损耗因子均显著增加,振动响应明显减小。     

天然橡胶基磁流变弹性体的研制与表征

磁流变弹性体又称磁敏高弹体,是一种由高分子聚合物和磁性颗粒构成的新型智能材料,它的力学、电学、磁学等诸性能可以由外加磁场来控制,因此磁流变弹性体在舰船、振动控制等领域具有广泛的应用前景.但目前国际上研制的磁流变弹性体存在机械性能不够好和磁致效应不够强的问题,这制约了基于磁流变弹性体器件的设计和应用.为了制备出实用型磁流变弹性体,本文对其制备条件进行了研究,包括基体类型、预结构化时磁场强度和温度、增塑剂和磁性颗粒含量对磁流变弹性体磁致效应的影响.结果表明,以天然橡胶为基体的磁流变弹性体,在高于600mT外加磁感应强度下,当磁性颗粒含量为80%(质量比)时,剪切模量的相对增量达133%;而当磁性颗粒含量为90%时,剪切模量的绝对增量达4.5MPa.本文还对磁流变弹性体应用环境进行了实验研究,结果表明磁流变弹性体在小应变下显示出更强的磁致效应,而激励频率不改变材料的磁致模量.     

天然橡胶基磁流变弹性体的研制与表征

磁流变弹性体又称磁敏高弹体，是一种由高分子聚合物和磁性颗粒构成的新型智能材料，它的力学、电学、磁学等诸性能可以由外加磁场来控制，因此磁流变弹性体在舰船、振动控制等领域具有广泛的应用前景。但目前国际上研制的磁流变弹性体存在机械性能不够好和磁致效应不够强的问题，这制约了基于磁流变弹性体器件的设计和应用。为了制备出实用型磁流变弹性体，本文对其制备条件进行了研究，包括基体类型、预结构化时磁场强度和温度、增塑剂和磁性颗粒含量对磁流变弹性体磁致效应的影响。结果表明，以天然橡胶为基体的磁流变弹性体，在高于600mT外加磁感应强度下，当磁性颗粒含量为80％（质量比）时，剪切模量的相对增量达133％；而当磁性颗粒含量为90％时，剪切模量的绝对增量达4．5MPa。本文还对磁流变弹性体应用环境进行了实验研究，结果表明磁流变弹性体在小应变下显示出更强的磁致效应，而激励频率不改变材料的磁致模量。     

磁流变弹性体若干物理量的数值分析

应用有限元方法,考虑了颗粒的磁化饱和过程与非线性磁化过程,计算得到了磁流变弹性体中的磁场分布,进而研究了在不同磁场大小、不同颗粒体积比浓度下磁流变弹性体在成链方向的相对磁导率,计算结果和实验结果取得了一致。利用Maxwell应力张量,计算了磁场引起的磁流变弹性体的附加剪切模量。分析了颗粒体积比浓度、外加磁场对磁流变弹性体的磁致剪切模量的影响。研究了颗粒为旋转椭球形状时,颗粒的放置方式与其长短轴之比对磁流变弹性体的磁致剪切模量的影响。计算结果表明,磁流变弹性体的相对磁导率随颗粒体积比浓度的增大而增大,随磁场强度的增大而减小,颗粒的形状和放置方式对磁流变效应有很大的影响。     

薄膜约束磁流变弹性体梁式吸振器调谐能力研究

工业中常使用动力吸振器来吸收主结构的振动.但其仅在很窄的频域才有效的不足制约了吸振器的应用.本文基于可控磁场作用能改变磁流变弹性体(MRE)的剪切模量这一独特之处,调查了带薄膜约束的MRE梁式调谐吸振器的频率可调能力.应用Rayleigh-Ritz法分析了梁的可调谐比s.研究表明,对薄的MRE,增加MRE厚度h2可显著提高可调谐比s,对不同模态和长度,可调谐比s稍有不同.如果MRE非常厚,则各阶模态频率的调谐比几乎相同.当MRE的剪切模量在磁场作用下提高60%时,可调谐比可达26.3%,但当MRE较薄时,也能获得满意的调谐比.此外,MRE梁式吸振器有可能实现对作用在主结构上的任意激励频率调谐.     

磁流变弹性体自调谐式吸振器及其优化控制

本文研制了一种基于磁流变弹性体的自调谐式吸振器，它利用磁流变弹性体这种新型智能材料作为吸振器的弹性元件和阻尼元件，通过外加磁场控制磁流变弹性体的剪切模量来改变吸振器的固有频率，实现吸振器的移频。并将遗传算法改进移植到吸振器，对其进行优化控制。实验结果表明，这种遗传算法具有全局搜索和快速收敛的特点，它能使吸振器快速找到吸振器减振效果最佳点，并且经过优化控制的磁流变弹性体自调谐式吸振器在移频范围内具有很好的减振效果，减振效果最高可达25dB。     

磁流变弹性体自调谐式吸振器及其优化控制

本文研制了一种基于磁流变弹性体的自调谐式吸振器,它利用磁流变弹性体这种新型智能材料作为吸振器的弹性元件和阻尼元件,通过外加磁场控制磁流变弹性体的剪切模量来改变吸振器的固有频率,实现吸振器的移频.并将遗传算法改进移植到吸振器,对其进行优化控制.实验结果表明,这种遗传算法具有全局搜索和快速收敛的特点,它能使吸振器快速找到吸振器减振效果最佳点,并且经过优化控制的磁流变弹性体自调谐式吸振器在移频范围内具有很好的减振效果,减振效果最高可达25dB.     

分析磁流变流体屈服应力微观力学模型

剪切屈服应力是磁流变流体固化强度的重要指标之一,具有重要的工程意义。基于磁性物理学理论,从磁流变流体在磁场作用下铁磁性固体颗粒极化成链的微观结构出发,探讨磁流变流体中固体颗粒间的相互作用机理,分析研究颗粒间的相互作用力,建立了一种微观力学模型,可用于分析磁流变流体在外加磁场作用下屈服应力及其影响因素的作用效果,揭示磁流变效应的微结构机理,为磁流变流体的性能优化、工程开发及应用磁流变流体提供理论依据。     

磁场下2种羰基铁磁流变液的摩擦磨损特性

本文采用改进后的四球摩擦磨损试验机,考察了羰基铁磁流变液在外加磁场条件下的摩擦磨损行为,并比较了有场和无场条件下磁流变液的摩擦系数变化情况。结果表明：外加磁场能使磁流变液的摩擦系数显著增大,且磁流变液的摩擦系数随磁场强度的增加呈现出增大的趋势;钢球磨斑形貌由圆形或椭圆形变为近似矩形,磨痕变浅;无场条件下,系统的摩擦磨损形式是钢球、磁性颗粒、钢球之间的三体磨损;外加磁场时,磁流变液的摩擦磨损形式发生改变。     

母液对磁流变液力学性质的影响

研究了磁流变液中母液分子在磁场作用下磁矩的变化以及由此引起的剪切屈服强度的变化,探讨了磁流变的微观机理。研究表明,由分子磁矩引起的剪切屈服强度与磁流变液总屈服强度的比随母液分子内电子数的增加而增加,一般情况下,单位体积内的平均分子磁矩占总磁矩的2·53%,由此引起的剪切屈服强度的减少占总剪切屈服强度的5·15%。为减少误差,可尽量选用电子数较少的分子材料作母液。     

MR阻尼器的半主动控制研究

MR阻尼器能提供可以调节的阻尼力,适合用作减少结构地震响应的半主动控制器。本文对MR阻尼器的半主动控制进行研究,提出了状态跳跃算法,根据结构响应的大小实现MR阻尼器的状态切换,使结构响应得到有效的控制。这种控制策略简便,不需要在线计算,便于实施。由于速度响应直接影响MR阻尼器的阻尼力,建议用速度响应作为MR阻尼器进行状态切换的变量。文中给出了两个算例,进行了计算分析和比较,说明了状态跳跃控制算法的特点。     

斜拉索振动的模糊半主动控制研究

考虑拉索垂度及抗弯刚度的影响,得出了索-阻尼器系统振动偏微分方程;用中心差分法将偏微分方程在空间内离散,导出了系统的面内振动常微分方程组;提出了使用MR阻尼器(Magnetorheological Damper)作为控制设备,模糊集为基础的半主动控制算法,并运用提出的算法对索-阻尼器系统进行了振动控制分析。本文方法的优势在于算法自身的鲁棒性、处理非线性问题的能力强和不需要结构的精确数学模型,算法需要的输入变量少,可以解决实际工程中斜拉索的振动响应信息难以测量的困难。模糊算法的输出直接控制MR阻尼器的输入电压。与LQR-Clipped算法不同,MR阻尼器的输入电压可以是零与最大值之间的任意值。本文以实际斜拉桥拉索为例,分析了拉索的振动控制效果,结果表明本文提出的模糊半主动控制算法,使MR阻尼器的功能得到了更好的发挥,比MR被动控制效果好,且可以减小控制力。     

Mach reflection of a plane shock wave passing a mountain of 45° inclination

The transition from regular reflection (RR) to Mach reflection (MR) as a plane shock wave diffracts around a triangular mountain of 45° inclination is analysed in this paper, both by optical measurement in a shock tube and by numerical simulation the numerical method developed by Li Yingfan^[1] is of the FLIC type with triangular mesh. The dependence of the critical transition point Lk ofRR→MR on shock Mach numberM _i is analyzed and the variations of the incidence angle ω _i of the impinging shock and the reflection angle ω _r with the distanceL ^* are investigated. Our experimental and numerical results agree well with the theoretical results of Iton and Italya.     

Dynamics and control of an active pendulum system

The work focuses on autoparametric vibrations of system composed of a non-linear oscillator with an attached pendulum. A combination of semi-active damper together with a non-linear spring mounted in the suspension of system is proposed. The spring is made from a shape memory alloy (SMA) while damping is realized through a magnetorheological (MR) damper. The MR damper is used for controlling damping of the system, SMA spring is used to change system׳s stiffness. The system is solved numerically and verified experimentally on a custom made experimental rig. Specifically, non-linear resonances are investigated, and their influence on the system dynamics and absorption effect.     

MR减振驱动器用于结构振动控制的算法研究

提出了四种半主动控制算法 ;针对安装有MR减振驱动器的三层剪切型结构仿真分析了各种半主动控制算法和被动控制策略的控制效果。仿真分析结果表明 ,MR减振驱动器作为一种半主动控制装置可以有效地控制结构的反应 ;施加最大磁场作为被动控制装置时 ,也对结构反应有很好的控制效果     

Fully implicit finite difference pseudo‐spectral method for simulating high mobility‐ratio miscible displacements

A finite difference–pseudo‐spectral (FD–PS) algorithm is developed to simulate the viscous fingering instability in high mobility‐ratio (MR) miscible displacements. This novel algorithm uses the fully implicit alternating‐direction implicit (ADI) method combined with a Hartley based pseudo‐spectral method to solve the Poisson equation involving the streamfunction and the vorticity. In addition, under‐relaxation in the iterative evaluation of the streamfunction is adopted. The new code allowed to model successfully the viscous fingering instability for mobility‐ratios as high as 1800, and new non‐linear viscous fingering mechanisms are discovered. A systematic analysis of the effects of the MR, the Peclet number and the aspect ratio on the finger growth is conducted. It is found that the growth of the interfacial instability accelerates with increase in the MR and Peclet number. At larger values of these parameters the increased stiffness of the corresponding numerical problem caused significant increase in the computational time as it required finer grids and smaller time steps to capture the fine structures of the viscous fingers. Copyright © 2004 John Wiley & Sons, Ltd.     

一类非线性磁流变系统局部分岔特性研究

讨论了一类基于磁流变阻尼器非线性系统的局部分岔与控制问题，建立了该系统的动力 学模型，运用中心流形定理和范式理论，得到该系统双零特征值问题的规范形及其普适开折， 进而探讨了此系统的分岔行为和稳定性；给出了分岔曲线、转迁集；并给出了此类非线性系 统的数值仿真结果.     

Investigation of the hysteresis phenomena in steady shock reflection using kinetic and continuum methods

The problem of transition of planar shock waves over straight wedges in steady flows from regular to Mach reflection and back was numerically studied by the DSMC method for solving the Boltzmann equation and finite difference method with FCT algorithm for solving the Euler equations. It is shown that the transition from regular to Mach reflection takes place in accordance with detachment criterion while the opposite transition occurs at smaller angles. The hysteresis effect was observed at increasing and decreasing shock wave angle. Received September 1, 1995 / Accepted November 20, 1995     

MR阻尼器的状态跳跃控制参数

对MR阻尼器实施状态跳跃控制可以有效地减少结构的地震响应，状态跳跃控制参数对半主动控制效果有很大的影响。本文对状态跳跃控制的相关参数进行了研究。利用两个数值算例，对采用不同类型的控制参数(位移、速度、加速度)、控制参数的大小、输入地震动的大小等相关因素对结构地震响应的控制效果进行了对比，发现采用速度响应作为状态跳跃控制变量对于减少绝对加速度响应是有利的；建议采用试算法确定合适的速度控制参数，通过和LQG控制相联系的方法给出了该控制参数最优值的估算方法。     

Mathematical modeling of magnetorheological fluids

Magnetorheological (MR) fluids are a class of smart materials whose rheological properties may be rapidly modified by the application of a magnetic field. These materials typically consist of micron-sized ferrous particles dispersed in a fluid. In the present paper, we consider the full system of equations as well as the Clausius-Duhem inequality for moving isotropic MR fluids in an electro-magnetic field. We present the material constitutive relations for a non-Newtonian incompressible MR fluid. To illustrate the validity of the constitutive relations, the flow of a MR fluid between two parallel fixed plates under the influence of a constant magnetic field perpendicular to the flow direction is considered.Received: 14 July 2003, Accepted: 18 May 2004, Published online: 22 February 2005 Correspondence to: A. Dorfmann