ER流體的動(dòng)力學(xué)特性研究

2003年1月農業(yè)機械學(xué)報第34卷第1期ER流體的動(dòng)力學(xué)特性研究楊光董曉剛胡旭林【摘要】基于粘性阻尼和回滯阻尼組成的阻尼模型,對電流變(ER)流體的動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行了研究。應用迭代攝動(dòng)法討論了含有ER流體振動(dòng)系統的非線(xiàn)性頻譜,給岀了帶有ER流體阻尼器梁結構的計算結果,并應用Newmark數值積分方法分析了帶有ER流體阻尼器梁結構的多自由度振動(dòng)系統在不同電場(chǎng)強度和激勵頻率作用下的位移響應情況。結果表明:系統的剛度和響應的變化可以通過(guò)外加電場(chǎng)強度來(lái)控制,隨著(zhù)電場(chǎng)強度的增加,響應幅值減小且結構剛度變大。關(guān)鍵詞:流體力學(xué)電流變流體動(dòng)力學(xué)方程控制中圖分類(lèi)號:O361.4文獻標識碼: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引言變得智能化。針對電流變流體動(dòng)力學(xué)特性,許多學(xué)者做了大通常情況下機械裝置的參數是固定不變的,因量的實(shí)驗研究12。本文基于文獻[3]中提出的阻尼此適應工況的能力受到了極大的限制?，F代工程作模型,用迭代攝動(dòng)方法3討論ER流體對系統頻率業(yè)要求有好的減振性、緩沖性和平穩性,因此提出了的影響,并且在外加電場(chǎng)作用下,對一個(gè)含有ER流參數可變化,即智能化的概念。ER( Electro-rheolog-體的振動(dòng)系統進(jìn)行數值響應分析icaⅠ)流體是一種新型的智能流體材料,外加電場(chǎng)強度在改變電流變流體的力學(xué)性能的同時(shí)使得含有ER流體的阻尼模型中國煤化工電流變流體的系統的固有特性也發(fā)生了改變。許多CAMH和均勻分布在其中的電裝置就是利用電流變流體的這種特性使材料和結構介員粒是成以。以流體在外加電場(chǎng)強度作收稿日期:20010903楊光長(cháng)春工業(yè)大學(xué)基礎科學(xué)系講師,130012長(cháng)春市董曉剛承壽數學(xué)基礎科學(xué)系教授胡旭林長(cháng)春工業(yè)大學(xué)基礎科學(xué)系實(shí)驗師第1期楊光等:ER流體的動(dòng)力學(xué)特性研究109用下,微粒被極化,沿電場(chǎng)阻尼力R—外激勵力方向排列。其阻尼力隨外M—系統的質(zhì)量矩陣加電場(chǎng)強度的增加而增K—系統的剛度矩陣加,通過(guò)控制電場(chǎng)強度,可C系統的阻尼矩陣以快速、靈敏地控制ERU——位移響應列陣流體的力學(xué)性能U——速度響應列陣ER效應不但體現圖1電流變阻尼器能量U—加速度響應列陣般阻尼器的原理,而且體耗散曲線(xiàn)對于求解非線(xiàn)性頻譜,通常采用向量迭代現了摩擦阻尼、粘性阻尼法6:,但其計算量大。而迭代攝動(dòng)方法在求解非線(xiàn)以及固體內部阻尼等的綜合效應。文獻[3]獲得了性模態(tài)問(wèn)題時(shí),一系列時(shí)間步長(cháng)中的局部模態(tài)不必ER流體能量耗散曲線(xiàn)的回滯環(huán),并將電流變流體重新計算,只需用攝動(dòng)法作簡(jiǎn)單的修正,這可以簡(jiǎn)化的阻尼分為粘性阻尼和回滯阻尼兩部分。在零電場(chǎng)計算因此,對于式(4)所表示的非線(xiàn)性問(wèn)題應用迭時(shí),電流變流體表現為粘性阻尼,其阻尼力表達式為代攝動(dòng)方法,其增量形式為(1)M,△U+C△U+K△U=△R(5)式中F1—電流變流體的粘性阻尼力,N式中t表示當前的時(shí)間,假設質(zhì)量矩陣和阻尼矩陣粘度系數為常量,在每個(gè)時(shí)間步長(cháng)內,剛度矩陣K,可視為常ai——兩極板間的相對速度,m/s量,在每一時(shí)間步長(cháng)的起始時(shí)刻,應用系統的切線(xiàn)剛如果輸入正弦信號a(t)=asin(ot),則粘性阻度。對含ER流體的系統,有尼力為F1- Lo wcosω)。隨著(zhù)電場(chǎng)強度的增加,電流變流體從線(xiàn)性粘性向非線(xiàn)性粘彈塑性轉變,可以利用雙線(xiàn)性回滯阻尼來(lái)描述其阻尼模型。在一個(gè)周(6)期內,回滯阻尼與輸入位移之間的關(guān)系為K,usin(ot)-K,u0+F,(丌/2