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内置永磁体的磁流变阻尼器多目标优化设计方法

董致臻 冯志敏 侯振宁

董致臻, 冯志敏, 侯振宁. 内置永磁体的磁流变阻尼器多目标优化设计方法[J]. 机械科学与技术, 2019, 38(9): 1429-1436. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180308
引用本文: 董致臻, 冯志敏, 侯振宁. 内置永磁体的磁流变阻尼器多目标优化设计方法[J]. 机械科学与技术, 2019, 38(9): 1429-1436. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180308
Dong Zhizhen, Feng Zhimin, Hou Zhenning. Multi-objective Optimization Design Method of Magnetorheological Damper with Embedded Permanent Magnets[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2019, 38(9): 1429-1436. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180308
Citation: Dong Zhizhen, Feng Zhimin, Hou Zhenning. Multi-objective Optimization Design Method of Magnetorheological Damper with Embedded Permanent Magnets[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2019, 38(9): 1429-1436. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180308

内置永磁体的磁流变阻尼器多目标优化设计方法

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180308
基金项目: 

国家自然科学基金项目 51675286

详细信息
    作者简介:

    董致臻(1991-), 硕士研究生, 研究方向为船舶工程安全技术与机电控制研究, dongzhizhen05@qq.com

    通讯作者:

    冯志敏, 教授, 博士生导师, fengzhimin@nbu.edu.cn

  • 中图分类号: TH137.5

Multi-objective Optimization Design Method of Magnetorheological Damper with Embedded Permanent Magnets

  • 摘要: 为增加磁流变阻尼器(MRD)实用性,提出一种内置永磁体的MRD结构。依据SG-MRD60内部结构尺寸,通过离散化结构参数,获得全部设计方案;以提高复合结构MRD综合性能为优化目标,建立性能评价体系;根据等效磁路模型,整理性能指标函数,结合模糊综合评价法,筛选最优设计方案。仿真结果表明,新复合结构MRD在2 A电流且无永磁体磁场工况下,平均力学性能提高9.6%;在零电流工况下阻尼间隙磁感应强度为0.296 T,磁场分布均匀。±2 A电流对阻尼间隙磁感应强度调节范围为-58.4%到+59.1%,满足工程应用需要。
  • 图  1  MRD基本结构示意图

    图  2  内置永磁体MRD结构

    图  3  内置永磁体MRD有限元仿真

    图  4  新复合结构MRD参数示意图

    图  5  MRD性能评价体系

    图  6  MRD磁路各区域示意图

    图  7  MRD等效磁路模型

    图  8  不同电流工况下磁场仿真结果

    表  1  优化相关参数

    参数 取值
    磁感应强度Bmax/T 0.34
    磁流变液切应力τ0/kPa 26
    流体表观粘度η/Pa·s 0.24
    活塞速度v0/(m·s-1) 0.05
    最大电流Imax/A 2
    导线电阻率ρ/Ω·m 1.75×10-8
    导线半径r/m 5×10-4
    空气磁导率μ0/(H·m-1) 1.26×10-6
    纯铁相对磁导率μr 2 000
    45#钢相对磁导率μ45 1 000
    永磁体相对磁导率μMag 2.274
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    表  2  优化结构参数

    mm
    参数 约束范围
    活塞直径DPis [54, 60]
    活塞杆直径DRod [15, 20]
    线圈槽长度LCoil [35, 45]
    线圈槽深度HCoil [14, 16]
    阻尼间隙h -
    缸体厚度tCase [6, 9]
    侧翼活塞厚度W1 -
    中间活塞厚度W2 -
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    表  3  MRD综合评价指标

    指标 子指标 指标名称
    力学性能ME ME1 阻尼力
    ME2 可调范围
    磁路性能MG MG1 响应时间
    MG2 功耗
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    表  4  MRD性能指标权重

    指标 权重
    ω11 0.6
    ω21 0.5
    ω31 0.7
    ω12 0.4
    ω22 0.5
    ω32 0.3
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    表  5  隶属度函数的参数取值

    参数 数值
    μME1 5.53
    μME2 35.46
    aMG1 0
    aMG2 11.38
    σME1 0.25
    σME2 1.61
    bMG1 0.10
    bMG2 13.27
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    表  6  两种方案性能对比

    性能指标 改进结构 优化结构 性能提升/%
    阻尼力/kN 5.03 5.51 9.5%
    可调范围 32.24 35.37 9.7%
    响应时间/s 0.092 0.096 -4.3%
    功耗/W 12.64 13.22 -4.6%
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    表  7  阻尼间隙磁感应强度仿真结果

    工况/A Be/T Bm/T Be-m/T
    -2 0.150 0.070 0.123
    零电流 0.295 0.297 0.296
    2 0.443 0.528 0.471
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  • 收稿日期:  2018-08-28
  • 刊出日期:  2019-09-05

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