新型磁流變阻尼器與六軸半主動隔振系統(tǒng)研究.pdf

1、各種車輛、艦船和飛行器等載體上安裝的精密儀器設(shè)備在運行過程中始終受到振動載荷的干擾，這會影響儀器設(shè)備的工作性能，甚至造成失效而發(fā)生嚴重事故。實踐證明，由振動載荷引起的共振是造成運動載體上儀器設(shè)備失效的主要原因。因此，本文以精密儀器設(shè)備的多軸隔振問題作為研究重點，提出合適的磁流變阻尼器，設(shè)計合理的隔振平臺結(jié)構(gòu)，采用適當?shù)陌胫鲃涌刂撇呗?，實現(xiàn)負載質(zhì)量的六軸隔振，減少振動載荷對儀器設(shè)備正常工作的影響。
　　針對現(xiàn)有磁流變阻尼器結(jié)構(gòu)尺寸和

2、重量都較大的缺點，提出了一種新型結(jié)構(gòu)的磁流變阻尼器。此新型阻尼器結(jié)構(gòu)簡單，尺寸緊湊，同時有較大的行程。阻尼器零件材料的靈活選擇，有利于降低阻尼器的重量。在完成新型阻尼器分析的基礎(chǔ)上，研制出的首個新型阻尼器原型完全達到了結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕的設(shè)計要求。實驗測試結(jié)果表明，新型阻尼器工作平穩(wěn)，具有典型的磁流變阻尼器特性，而且與現(xiàn)有磁流變阻尼器相比，具有更大的動態(tài)范圍。
　　由于新型磁流變阻尼器節(jié)流通道內(nèi)的流場具有獨特的速度邊界條件，本文以磁

3、流變液的Herschel-Bulkley本構(gòu)模型為基礎(chǔ)，從流體基本方程出發(fā)，推導了環(huán)形節(jié)流通道內(nèi)的磁流變液流場方程，最終得到了阻尼器結(jié)構(gòu)參數(shù)與阻尼力關(guān)系的方程組?；诤侠砑僭O(shè)，研究了平板節(jié)流通道內(nèi)，使用磁流變液Bingham本構(gòu)模型的流場方程和阻尼力計算方程組。經(jīng)無量綱化，得到了阻尼力的簡化計算公式，并且公式計算結(jié)果與測試結(jié)果基本符合。針對新型阻尼器動態(tài)測試過程中存在的去程和回程阻尼力顯著不同的特點，提出了一種改進的非對稱雙曲正切模型，

4、該模型能夠精確描述新型阻尼器的阻尼力-位移和阻尼力-速度曲線。
　　為了滿足六軸隔振平臺在六個方向上同時隔振，并且隔振特性基本相同的要求，提出了使用新型磁流變阻尼器作為半主動控制元件，以立方結(jié)構(gòu)Stewart平臺為基礎(chǔ)的六軸隔振平臺。建立了包含新型磁流變阻尼器的平臺多體動力學模型，研究了平臺在固定電流下六個方向的被動隔振特性。仿真結(jié)果表明，此六軸半主動隔振平臺在兩水平軸的平移和轉(zhuǎn)動等四個方向上具有相似的隔振特性，類似兩自由度被動隔

5、振系統(tǒng)；在垂直軸的平移和轉(zhuǎn)動等兩個方向上的隔振特性則類似于單自由度被動隔振系統(tǒng)。增大磁流變阻尼器的電流，可以更好抑制平臺在共振區(qū)的幅值放大，但是會造成高頻區(qū)的隔振效果下降。
　　在對采用磁流變阻尼器的半主動隔振系統(tǒng)特性分析基礎(chǔ)上，提出了三種半主動控制策略：等效天棚阻尼控制，等效天棚阻尼模糊控制和加速度反饋模糊控制等，并使用簡單隔振系統(tǒng)對控制策略的正確性和有效性進行了驗證。六軸隔振平臺半主動控制的仿真結(jié)果表明，使用新型磁流變阻尼器作

6、為半主動控制元件，采用三種半主動控制策略，可以顯著降低傳遞率曲線在共振區(qū)的放大，而且在高頻區(qū)的隔振效果同樣良好，接近零電流時的傳遞率曲線。
　　以改進后新型磁流變阻尼器為核心，完成了六軸半主動隔振平臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計與研制。設(shè)計制作了用于阻尼器功率驅(qū)動的六路電源?；诳焖倏刂圃图夹g(shù)，建立了平臺半主動實時控制系統(tǒng)，配合垂直和水平方向平臺激勵與測試系統(tǒng)，完成了隔振性能的測試。沿平臺垂直軸和兩水平軸平移方向的隔振性能測試結(jié)果表明，此半主動隔