高速列车磁流变半主动悬挂控制策略研究

为了提高列车运行平稳性,在经典的天棚控制和加速度控制的基础上,提出了一种新型混合控制策略,对高速列车磁流变半主动悬挂控制系统进行了仿真和实验研究.首先,对磁流变阻尼器(MRD)的力学特性测试分析,引入具有电流饱和特性的修正函数,建立了MRD的修正扩展双曲正切模型.然后,设计了面向列车平稳性的新型混合控制策略,通过分析车体加速度传递特性,比较了不同控制策略在全频域内的控制效果.此外,从相频特性的角度阐释了新型混合控制策略在全频段的控制优势.将MRD修正模型应用于悬挂控制,利用UM和Simulink软件建立了整车磁流变半主动悬挂控制系统联合仿真模型,分析不同控制策略对车辆动力学性能的影响.最后,构建了基于MRD的整车悬挂系统硬件在环实验台,通过开展硬件在环实验分析不同控制策略下的车体响应.结果表明,相比传统的控制策略,新型混合控制策略能兼顾低频段和高频段的振动控制效果,不仅可以提高列车的运行平稳性,而且不会恶化列车的运行安全性.硬件在环实验证明了新型混合控制策略的有效性,以及高速列车应用半主动控制悬挂的可行性.     

磁性复合流体分散性及其对BK 7光学玻璃抛光性能的影响

针对BK7光学玻璃材料去除率和抛光质量不断提高的需求,提出通过减少磁性复合流体(MCF)抛光液颗粒的团聚、提高MCF分散性,配制性能优良的抛光液,提高BK7光学玻璃的MCF抛光性能.MCF中添加不同质量分数的高分子类分散剂聚乙烯醇(PVA),采用激光粒度分布仪测试MCF抛光液中颗粒的粒径分布和中位粒径,探究不同PVA浓度的抛光液对BK7光学玻璃抛光性能的影响.试验结果表明:当PVA质量分数为3%时,中位粒径达到最小值5.854μm,MCF的分散性最好,对光学玻璃的抛光性能大幅提高,当PVA质量分数为5%时,经MCF抛光10min后材料去除率达到最大值26.4×10~(-4)g/min,表面粗糙度达到最小值8.23nm.MCF中添加适量PVA能够减少抛光液颗粒的团聚,提高MCF的分散性,提升BK7光学玻璃的磁性复合流体抛光性能.     

斜拉桥横向振动的半主动筋腱控制

对桥梁等大型土建结构在外扰作用下的振动实施控制是目前的一个研究热点,也是提高结构安全性与耐久性的一条重要途径。本文提出采用磁流变阻尼器（Ｍａｇｎｅｔｏ－Ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ Ｄａｍｐｅｒ,ＭＲＤ）与斜拉索构成的半主动筋腱（Ｓｅｍｉ－Ａｃｔｉｖｅ Ｔｅｎｄｏｎ）实现斜拉桥横向振动的半主动控制的原理,讨论了其可行性、具体控制方案和控制算法,给出了一对一双索斜拉桥模型在随机扰动作用下的振动控制仿真结果     

碳化硅基底改性硅表面的磁流变抛光

为克服传统抛光方法在硅改性的碳化硅表面抛光存在的不足,采用磁流变抛光在精抛光阶段实现面形误差高效去除和快速收敛。基于实际应用中的对磁流变抛光液的需求,提出了磁流变液的性能要求,并配制了适合改性硅表面抛光的磁流变抛光液,检测所配制的抛光液体的流变特性和分散稳定性,证明了液体具有良好的性能。对口径为130 mm(有效口径为120 mm)的硅改性的同轴非球面碳化硅工件进行实际抛光。经过两个周期约3 h的抛光,面形误差均方根(RMS)从0.051λ(λ=632.8 nm)快速收敛至0.012λ,粗糙度Ra达0.618 nm。验证了所配制的磁流变抛光液满足碳化硅基底改性硅表面的抛光需求,证明了磁流变抛光技术在镜面硅改性后精抛光阶段具有独特的优势。     

斜拉索振动控制中MR阻尼器选型的研究

以全索全时段振动响应的均方根(RMS)评价MR阻尼器对斜拉索的减振效果。计算结果表明MR阻尼器型号是影响斜拉索减振效果的最主要因素。斜拉索的减振效果在选用合适的MR阻尼器时达到最佳。进而研究了MR阻尼器型号与阻尼器安装位置、施加的电压、斜拉索基频(张力、索长、质量)、激励荷载(类型、频率、幅值)等各种因素的关系,为MR阻尼器合理选型提供了优化设计的方法。型号选用主要是与斜拉索基频和MR阻尼器安装位置有关。在引起索基频变化的因素中,索质量对型号的选取影响最大;而索长对型号影响不大。对于索质量较大、张力较大、MR阻尼器安装位置较低、外界激励较大、频谱特征多变、低频为主时需要较强的MR阻尼器。进一步研究表明,半主动控制与开环控制的最优MR阻尼器型号有较好的一致性,因此半主动控制所选用的MR阻尼器型号可参照被动控制时最优MR阻尼器型号。     

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.     

剪切阀式磁流变减振器力学特性实验研究

本文对剪切阀式磁流变减振器的结构和工作原理作了介绍,基于平板模型对其结构进行简化,采用叠加法得出了其阻尼力的理论计算模型。利用材料试验机(MTS)分别在不同电流、振幅、速度和频率等条件下,对自行研制的剪切阀式磁流变减振器的动态特性进行了实验研究,得出了相应的实验曲线。实验结果表明剪切阀式磁流变减振器具有优良的电控阻尼力特性,且振幅、速度和频率等因素对其阻尼力有着重要影响,另外也对其阻尼力的理论计算公式作了验证。     

结构振动的滑模变结构半主动控制

研究应用磁流变阻尼器(MRD)对结构振动半主动控制的算法和原理。研制并对磁流变阻尼器进行了阻尼特性实验，采用非线性滞回双粘性模型描述磁流变阻尼器的阻尼特性，模型结果与实验结果非常一致。采用滑模控制算法和趋近律方法设计了半主动控制器。利用滑模控制方法所建立的控制器，本文给出了地震激励下结构振动半主动控制算例。计算分析表明，半主动滑模控制具有控制效果明显、鲁棒性好等优点，是一种非常有发展前途的控制方法。     

基于磁流变弹性体的声子晶体带隙隔振研究

设计了一种基于磁流变弹性体的二维声子晶体隔振器,可用于中高频的机械设备隔振,并对其带隙特性进行分析.以圆柱形铅散射体按正方晶格排列在基体磁流变弹性体当中的二维声子晶体为模型,采用典型的平面波展开法和有限元法研究其能带结构和透射特性,分别计算了不同磁场和不同铁颗粒体积分数情况下声子晶体的带隙,并对禁带范围内的某一频率的位移场进行分析.结果表明:两种方法所计算的带隙结果吻合较好,最大误差为4.9;;铁颗粒体积分数保持不变,增大磁感应强度可以同时增加带隙的位置和宽度;一定的磁场环境下,增加铁颗粒体积分数,带隙位置上移,宽度基本不变;某一频率处,声子晶体的内部波场存在着共振现象.     

Damping of Magnetorheological Elastomers

利用改装后的力磁耦合动态测试系统实验研究了磁流变弹性体在磁场下的阻尼性能. 实验得出了外加磁场的磁感应强度、基体的本征阻尼、铁粉含量、动态应变以及激励频率对磁流变弹性体阻尼的影响规律. 发现了磁流变弹性体的阻尼在很大程度上是由基体和颗粒之间的界面滑移所决定的. 而且该界面滑移不同于一般复合材料,它会受到外加磁场的影响..