[發明專利]可實現垂直水平多方向振動控制的磁流變彈性體隔振器

在審

• 申請號: 201810330835.1
• 申請日: 2018-04-13
• 公開（公告）號: CN108317207A
• 公開（公告）日: 2018-07-24
• 發明（設計）人: 朱光葒;李自剛;李明
• 申請（專利權）人: 西安科技大學
• 主分類號: F16F9/53
• 分類號: F16F9/53;F16F9/32
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 劉振

本發明提供一種可實現垂直水平多方向振動控制的磁流變彈性體隔振器，第一鐵芯上纏繞有第一電磁線圈；第一導磁滑塊與第一鐵芯之間設置有第一垂直方向磁流變彈性體，第一導磁滑塊與第一外殼之間設置有第一水平方向磁流變彈性體；第一水平方向磁流變彈性體材料為硬磁性顆粒磁流變彈性體材料；第一垂直方向磁流變彈性體由多層第一圓片和多層第二圓片組成，第一圓片和第二圓片呈交替設置并疊加在一起；第一圓片為硬磁性顆粒磁流變彈性體材料，第二圓片為鋼。本發明通過磁流變彈性體和鋼的層合結構提高隔振器在垂直方向上的承載能力，通過剪切和擠壓的復合模式結合硬磁性顆粒磁流變彈性體獨特的磁致效應，提升隔振器在垂直和水平各方向的隔振能力。

技術領域

本發明屬于結構振動控制領域，具體涉及一種能在垂直方向承載、并實現垂直水平多方向振動控制的磁流變彈性體隔振器。

背景技術

在船舶工業、航空工業、土木工程、汽車工業等領域，振動控制技術被廣泛用于抑制振動，隔振是通過降低振動的傳遞來控制目標振動的振動控制方法。被動振動控制技術操作簡單和易于實現，但其適應能力差無法滿足更高的減振要求。考慮到現實中的時變振源或寬振動頻帶，主動振動控制技術可以顯著提高減振效果，但是高耗能、高成本，因此不適用于船舶的減振降噪。在過去的幾十年中，半主動振動控制已經吸引了很多關注，無需額外消耗大量能量僅通過改變自身剛度或阻尼來調節內部動力并降低振動響應，兼具被動控制的可靠性和主動控制的高效性，因此在工程應用中具有很大潛力。

基于不同智能材料的元件具有不同的振動控制方案，自從1948磁流變現象被發現，磁流變材料因其動力學特性已經被證明非常適合應用于存在隨機激勵和沖擊載荷的振動控制，包括船用設備和車輛裝置的減振。目前，因為動態屈服應力可以連續、快速、可逆地受外加磁場控制，磁流變液的應用已經在多個領域得到商業化和工業化，比如汽車阻尼，車輛懸架和防震裝置。與磁流變液相比，磁流變彈性體的應用仍處于探索階段，相關的產業化才剛剛起步。

磁流變彈性體是磁流變材料的一個分支，磁流變彈性體由可磁化顆粒和抗磁性聚合物基體組成，其磁致效應表現為通過對外部磁場的調整可以實現對磁流變彈性體的剛度進行連續、快速、可逆的控制。彈性體相態克服了磁流變液屈服應力較低、易受雜質影響、對電壓要求高、液體泄漏和顆粒沉降等缺點^[1]。傳統的磁流變彈性體的可磁化顆粒為軟磁材料，因為最初的研制采用了軟磁性顆粒，制備工藝成熟，目前大多數磁流變彈性體均屬于傳統的磁流變彈性體。其隔振原理是在低頻域內通過接通外磁場提高隔振器固有頻率，因此在低頻振動的工作環境里磁流變彈性體隔振器消耗電能。

永磁材料顆粒組成的硬磁性顆粒磁流變彈性體(顆粒材料為釹鐵硼，基質材料為硅橡膠)是一個新的分支，在磁場作用下硬磁性顆粒磁流變彈性體在成型過程中被磁化，因此，材料本身具有磁性和磁場方向。區別于傳統的磁流變彈性體，零磁場時儲能模量最低材料最軟，增加外部磁場只能實現儲能模量的增加，材料硬化；硬磁性顆粒磁流變彈性體獨有的磁致效應表現為，當外部電磁場方向與磁流變彈性體本身的磁化方向一致時，因為儲能模量的增加材料會變硬，當外部電磁場方向與磁流變彈性體本身的磁化方向相反時，因為儲能模量的降低材料會變軟。因此，控制外部磁場不僅可以實現剛度的增加，也可以實現剛度的降低，能夠為磁流變彈性體隔振器提供更加節約能源的工作方案，因此是半主動振動控制系統的理想選用材料^[2]。

目前為止，現有的大多磁流變彈性體隔振器使磁流變彈性體在剪切模式下工作，通過控制剪切模量實現隔振效果。然而，磁流變彈性體在壓縮模式下能承受更大載荷，磁致模量更大，同時，考慮到磁流變彈性體與鋼的層合結構具備優良的承載能力，采用剪切-壓縮復合模式可以有效提高隔振器的承載能力、工作效率和穩定性。

參考文獻

[1]J.D.Carlson,M.R.Jolly,MR fluid,foam and elastomer devices,Mechatronics,10(4),555-569,(2000).