[發(fā)明專利]一種磁流變阻尼器的反向優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710411418.5
• 申請(qǐng)日: 2017-06-02
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107203669B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-08-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐趙東;王成;趙玉亮;苗安男;楊昀
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/23
• 分類號(hào): G06F30/23;G06F30/17
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 李倩

1.一種磁流變阻尼器的反向優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于：該方法通過(guò)確定所需的最大阻尼力和可調(diào)系數(shù)，將幾何設(shè)計(jì)和磁路設(shè)計(jì)統(tǒng)一起來(lái)進(jìn)行反向優(yōu)化設(shè)計(jì)，直到磁流變阻尼器在相對(duì)小的尺寸下滿足所需的最大阻尼力和可調(diào)系數(shù)；其中，幾何設(shè)計(jì)利用MATLAB仿真軟件計(jì)算幾何設(shè)計(jì)目標(biāo)值，磁路設(shè)計(jì)利用ANSYS有限元仿真計(jì)算磁路設(shè)計(jì)目標(biāo)值；

上述磁流變阻尼器的反向優(yōu)化設(shè)計(jì)方法具體包括如下步驟：

步驟1，選定磁流變阻尼器的設(shè)計(jì)目標(biāo)值：最大阻尼力U^*和可調(diào)系數(shù)β₀；

步驟2，依據(jù)實(shí)際振動(dòng)情況確定所需阻尼器活塞桿的最大速度再結(jié)合選取的磁流變液和磁路材料確定磁流變液工作點(diǎn)對(duì)應(yīng)的最大剪切屈服強(qiáng)度τ_y和零場(chǎng)粘度η；

步驟3，根據(jù)步驟1確定的最大阻尼力U^*，按照機(jī)械設(shè)計(jì)規(guī)范和材料力學(xué)特性計(jì)算所需活塞桿直徑d和外缸筒厚度t的強(qiáng)度限值；

步驟4，確定各個(gè)材料的導(dǎo)磁特性并根據(jù)步驟2中選定的最大剪切屈服強(qiáng)度τ_y查找磁路工作間隙處所需磁感應(yīng)強(qiáng)度B₀；

步驟5，根據(jù)步驟3確定的活塞桿直徑d的強(qiáng)度限值進(jìn)行幾何設(shè)計(jì)；所述幾何設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)步驟包括：(1)初步選取幾何尺寸參數(shù)活塞直徑D、活塞桿直徑d、工作間隙寬度h和活塞有效長(zhǎng)度L；(2)利用MATLAB仿真軟件計(jì)算當(dāng)前選取的初始參數(shù)下得到的最大阻尼力和可調(diào)系數(shù)；(3)并將(2)得到的數(shù)值與設(shè)計(jì)目標(biāo)值比較，若不滿足設(shè)計(jì)要求，重新選取幾何尺寸參數(shù)，再重復(fù)(1)～(3)，直到仿真計(jì)算得到的數(shù)值滿足設(shè)計(jì)要求為止；(4)當(dāng)仿真計(jì)算得到的數(shù)值滿足設(shè)計(jì)要求后，再判斷設(shè)定的初始參數(shù)是否可以進(jìn)一步減小，如果可以則重新選取較小值重復(fù)步驟(1)～(4)，否則選取設(shè)定的參數(shù)為設(shè)計(jì)結(jié)果；

步驟6，根據(jù)步驟3確定的外缸筒厚度t的強(qiáng)度限值和步驟4確定的磁路工作間隙處所需磁感應(yīng)強(qiáng)度B₀進(jìn)行磁路設(shè)計(jì)；所述磁路設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)步驟包括：(1)根據(jù)幾何設(shè)計(jì)結(jié)果，初步選取定線圈匝數(shù)N、外缸筒厚度t、挖槽長(zhǎng)度a與寬度b；(2)利用ANSYS有限元仿真計(jì)算工作間隙處平均磁感應(yīng)強(qiáng)度(3)判斷挖槽長(zhǎng)度a與寬度b是否小于限值，如果滿足則進(jìn)行下一步，否則重新進(jìn)行幾何設(shè)計(jì)并進(jìn)行步驟(1)～(3)；(4)判斷步驟(2)中工作間隙處平均磁感應(yīng)強(qiáng)度是否大于或等于選定的磁路工作間隙處磁感應(yīng)強(qiáng)度B₀，如果滿足，則進(jìn)行下一步，否則重復(fù)步驟(1)～(4)；(5)判斷設(shè)定的初始參數(shù)是否可以進(jìn)一步減小，如果可以則重新選取較小值重復(fù)步驟(1)～(5)，否則選取設(shè)定的參數(shù)為設(shè)計(jì)結(jié)果；

步驟7，判斷設(shè)計(jì)的幾何參數(shù)和磁路參數(shù)是否滿足要求，如果不滿足要求則重復(fù)步驟5～6，直到幾何參數(shù)和磁路參數(shù)達(dá)到最小尺寸且滿足步驟1中確定的最大設(shè)計(jì)阻尼力U^*和可調(diào)系數(shù)β₀的要求；

所述最大阻尼力和可調(diào)系數(shù)的計(jì)算公式如下：

F_MRD，max＝F_τ+F_η+F_p0；

式中，p₀＝1.2Mpa。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁流變阻尼器的反向優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于：考慮挖槽長(zhǎng)度a與寬度b的力學(xué)特性要求，挖槽長(zhǎng)度a的限值取活塞頭長(zhǎng)度的四分之一，挖槽寬度b的限值取活塞頭直徑與活塞桿直徑差值的二分之一。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁流變阻尼器的反向優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于：所述ANSYS有限元仿真的具體分析過(guò)程為：(1)選用二維靜態(tài)分析類型，單元選用二維8節(jié)點(diǎn)四邊形實(shí)體單元Plane53；(2)根據(jù)已知材料的導(dǎo)磁特性分別建立活塞、缸筒、間隙磁流變液、線圈、空氣和密封環(huán)氧樹(shù)脂部分的有限元模型；(3)在模型外邊界線施加磁通量平行的邊界條件，劃分網(wǎng)格；(4)以電流密度的形式施加激勵(lì)，對(duì)該模型進(jìn)行靜態(tài)求解；(5)進(jìn)入后處理，查看磁場(chǎng)強(qiáng)度數(shù)據(jù)，進(jìn)行工作間隙處平均磁感應(yīng)強(qiáng)度的計(jì)算。