ER流体的动力学特性研究

2003年1月农业机械学报第34卷第1期ER流体的动力学特性研究杨光董晓刚胡旭林【摘要】基于粘性阻尼和回滞阻尼组成的阻尼模型,对电流变(ER)流体的动力学特性进行了研究。应用迭代摄动法讨论了含有ER流体振动系统的非线性频谱,给岀了带有ER流体阻尼器梁结构的计算结果,并应用Newmark数值积分方法分析了带有ER流体阻尼器梁结构的多自由度振动系统在不同电场强度和激励频率作用下的位移响应情况。结果表明:系统的刚度和响应的变化可以通过外加电场强度来控制,随着电场强度的增加,响应幅值减小且结构刚度变大。关键词:流体力学电流变流体动力学方程控制中图分类号:O361.4文献标识码:AAnalysis of the Dynamic Properties of ER FluidYang guang dong Xiaogang Hu Xulin(Changchun University of Technology)abstractUsing viscous and bilinear hysteresis damping model, the dynamic properties of electro-rheological (ER fluid was analyzed. The nonlinear frequency spectrum by iterative perturbationmethod for vibration system with er damper was discussed and the numerical results of a beamstructure with er damper were given. The displacement simulation of the response of a vibrationsystem with an er damper has been given under different strength of applied external electricfield and under excitation with different frequencies. The Newmark method was also used to perform the numerical integration with the same parameters as that of the SDOF system. It isreached as a conclusion that the stiffness and response of vibration system can be changed by control of strength of electric field the resonance amplitude decreases and the stiffness of vibrationsystem increases as the strength of the applied electric field to the er damper increasesKey words Fluid mechanics, Electro-rheological fluid, Kinetics equations, Control引言变得智能化。针对电流变流体动力学特性,许多学者做了大通常情况下机械装置的参数是固定不变的,因量的实验研究12。本文基于文献[3]中提出的阻尼此适应工况的能力受到了极大的限制。现代工程作模型,用迭代摄动方法3讨论ER流体对系统频率业要求有好的减振性、缓冲性和平稳性,因此提出了的影响,并且在外加电场作用下,对一个含有ER流参数可变化,即智能化的概念。ER( Electro-rheolog-体的振动系统进行数值响应分析icaⅠ)流体是一种新型的智能流体材料,外加电场强度在改变电流变流体的力学性能的同时使得含有ER流体的阻尼模型中国煤化工电流变流体的系统的固有特性也发生了改变。许多CAMH和均匀分布在其中的电装置就是利用电流变流体的这种特性使材料和结构介员粒是成以。以流体在外加电场强度作收稿日期:20010903杨光长春工业大学基础科学系讲师,130012长春市董晓刚承寿数学基础科学系教授胡旭林长春工业大学基础科学系实验师第1期杨光等:ER流体的动力学特性研究109用下,微粒被极化,沿电场阻尼力R—外激励力方向排列。其阻尼力随外M—系统的质量矩阵加电场强度的增加而增K—系统的刚度矩阵加,通过控制电场强度,可C系统的阻尼矩阵以快速、灵敏地控制ERU——位移响应列阵流体的力学性能U——速度响应列阵ER效应不但体现图1电流变阻尼器能量U—加速度响应列阵般阻尼器的原理,而且体耗散曲线对于求解非线性频谱,通常采用向量迭代现了摩擦阻尼、粘性阻尼法6:,但其计算量大。而迭代摄动方法在求解非线以及固体内部阻尼等的综合效应。文献[3]获得了性模态问题时,一系列时间步长中的局部模态不必ER流体能量耗散曲线的回滞环,并将电流变流体重新计算,只需用摄动法作简单的修正,这可以简化的阻尼分为粘性阻尼和回滞阻尼两部分。在零电场计算因此,对于式(4)所表示的非线性问题应用迭时,电流变流体表现为粘性阻尼,其阻尼力表达式为代摄动方法,其增量形式为(1)M,△U+C△U+K△U=△R(5)式中F1—电流变流体的粘性阻尼力,N式中t表示当前的时间,假设质量矩阵和阻尼矩阵粘度系数为常量,在每个时间步长内,刚度矩阵K,可视为常ai——两极板间的相对速度,m/s量,在每一时间步长的起始时刻,应用系统的切线刚如果输入正弦信号a(t)=asin(ot),则粘性阻度。对含ER流体的系统,有尼力为F1- Lo wcosω)。随着电场强度的增加,电流变流体从线性粘性向非线性粘弹塑性转变,可以利用双线性回滞阻尼来描述其阻尼模型。在一个周(6)期内,回滞阻尼与输入位移之间的关系为K,usin(ot)-K,u0+F,(丌/2