[發明專利]一種磁流變阻尼器的反向優化設計方法

有效

• 申請號: 201710411418.5
• 申請日: 2017-06-02
• 公開（公告）號: CN107203669B
• 公開（公告）日: 2020-08-11
• 發明（設計）人: 徐趙東;王成;趙玉亮;苗安男;楊昀
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/17
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 李倩

本發明公開了一種磁流變阻尼器的反向優化設計方法，該方法通過選定所需的最大阻尼力和可調系數，將幾何設計和磁路設計統一起來進行反向優化設計，直到磁流變阻尼器在相對小的尺寸下滿足所需的最大阻尼力和可調系數；其中，幾何設計利用MATLAB仿真軟件計算幾何設計目標值，磁路設計利用ANSYS有限元仿真計算磁路設計目標值。本發明的反向優化設計方法既滿足了磁路設計中空間磁場強度解的精準度，又充分考慮幾何設計和磁路設計之間的相互關聯性，有效避免了過早出現磁飽和現象或磁路材料的浪費；該方法可操作性強，為磁流變阻尼器的設計提供了理論指導，便于其工程應用和推廣。

技術領域

本發明涉及一種可用于智能控制領域的磁流變阻尼器的反向優化設計方法。

背景技術

近年來，我國對工程結構采用振動控制技術來減輕地震和強風災害的研究越來越多，具體的技術手段也日益增多，并被廣泛應用于實際工程。結構振動控制是指通過對結構附設控制構件和控制裝置，當結構振動時被動或主動的給結構施加一組控制力，減小或抑制結構的動力反應，以滿足結構的安全性、使用性和舒適度的要求。

磁流變阻尼器是結構振動控制中半主動控制裝置的代表，具有耗能小、出力大、響應速度快、阻尼力連續可調等優點，可實現較好的振動控制效果。顯然，方便有效的磁流變阻尼器設計方法對其制作和工程應用而言至關重要。目前，設計磁流變阻尼器的基本思路大致為：首先依據阻尼器最大阻尼力設計阻尼器幾何參數；然后按照幾何設計中選定的最大剪切屈服強度所需的磁感應強度和幾何設計確定的參數尺寸，利用磁路歐姆定律進行磁路設計。此設計思路雖然切實可行，但是設計過程是將幾何設計與磁路設計分開獨立進行的，未能充分考慮兩者之間的相互關聯。針對以上問題，有學者引入磁路優化把磁路設計與幾何設計融為一體，提出了一種簡化的剪切閥式磁流變阻尼器設計方法；但是其磁路部分仍是采用磁路歐姆定律得到的計算公式進行設計的，然而鐵磁體組合結構較為復雜，所以很難得到通電后空間磁場強度的精準解析解。有學者利用有限元精準仿真磁場，以最大阻尼力和可調系數為優化目標，利用多目標遺傳算法，對磁流變阻尼器進行了優化設計；但其目標函數是使最大阻尼力最大和使可調系數最大，而實際工程減振設計中通常是在給定所需最大阻尼力和可調系數的情況下進行反向參數優化設計，使得阻尼器在較小的尺寸下滿足設計要求。因此必須在現有磁流變阻尼器設計方法的基礎上尋求創新。

發明內容

發明目的：本發明所要解決的技術問題是提供一種磁流變阻尼器的反向優化設計方法，使得阻尼器在較小尺寸下能夠滿足給定的最大阻尼力和可調系數要求。

發明內容：為解決上述技術問題，本發明所采用的技術手段為：

一種磁流變阻尼器的反向優化設計方法，該方法通過確定所需的最大阻尼力和可調系數，將幾何設計和磁路設計統一起來進行反向優化設計，直到磁流變阻尼器在相對小的尺寸下滿足所需的最大阻尼力和可調系數；其中，幾何設計利用MATLAB仿真軟件計算幾何設計目標值，磁路設計利用ANSYS有限元仿真計算磁路設計目標值。

本發明方法具體包括如下步驟：

步驟1，選定磁流變阻尼器的設計目標值：最大阻尼力U^*和可調系數β₀；

步驟2，依據實際振動情況確定所需阻尼器活塞桿的最大速度再結合選取的磁流變液和磁路材料確定磁流變液工作點對應的最大剪切屈服強度τ_y，和零場粘度η；

步驟3，根據步驟1確定的最大阻尼力U^*，按照機械設計規范和材料力學特性計算所需活塞桿直徑d和外缸筒厚度t的強度限值；

步驟4，確定各個材料的導磁特性并根據步驟2中選定的最大剪切屈服強度τ_y查找磁路工作間隙處所需磁感應強度B₀；

步驟5，根據步驟3確定的活塞桿直徑d的強度限值進行幾何設計；