磁流變彈性體隔振器的有限元分析及實驗研究.pdf

1、在微電子制造與精密加工領域,越來越多的元器件需要在尺度為微米、亞微米級的數(shù)量級上進行精密或超精密加工。上述加工過程對環(huán)境振動極為敏感。為了保證產品的加工質量,必須盡可能降低傳到加工平臺上的微幅振動。含有磁流變材料的智能結構由于能在外加控制磁場的作用下快速可逆地改變阻尼和剛度,且具有響應速度快、工作能耗低、致動力變化范圍大、控制方式簡單等優(yōu)點,在結構的主被動混合隔振裝置中獲得了廣泛關注。磁流變彈性體(MR elastomers)作為磁流變

2、材料的一個新的分支,由于它是由高分子聚合物(如橡膠等)和電導或鐵磁性顆粒組成,解決了磁流變液易沉降、穩(wěn)定性差和密封困難等問題,又兼有磁流變液和彈性體的優(yōu)點,同時具有比磁流變液體材料更為穩(wěn)定的可控性能。故在寬頻微幅振動隔離中具有良好的潛在應用前景。
　　本文是在湖南省自然科學基金項目(07JJ6002)和國家自科基金(10802029)的資助下,以磁流變彈性體智能材料為研究背景,利用磁流變彈性體的可控阻尼特性,將磁流變彈性體推廣應用

3、到振動控制中,研制出新型的基于磁流變彈性體的隔振器。本文主要的研究內容為:
　　磁流變彈性體隔振器的結構設計。從磁流變彈性體隔振器的設計思想、工作原理及其工作模式的基礎上建立磁流變彈性體的剛度阻尼模型;根據(jù)制備出高性能的磁流變彈性體,按設計要求計算出給磁流變彈性體施加磁場的線圈匝數(shù);利用pro/e對磁流變彈性體隔振器的結構進行了設計,制造出新型的磁流變彈性體隔振器。
　　磁流變彈性體隔振器的有限元分析。包括對磁流變彈性體隔振

4、器的靜態(tài)磁場分析和動力學分析(模態(tài)分析和諧響應分析)。靜態(tài)磁場分析是對施加在磁流變彈性體的磁場進行分析,驗證了隔振器中線圈產生的磁場能夠使磁流變彈性體產生比較明顯的磁致效應,完全能夠滿足設計的要求。通過模態(tài)分析得到了隔振器的振型、固有頻率、損耗因子。將固有頻率、損耗因子與理論計算得到的解析值進行了比較,結果表明ANSYS計算的結果與解析值符合較好;諧響應分析發(fā)現(xiàn):當外界激勵頻率與隔振器的固有頻率相等時,會產生共振。因此在隔振時必須通過改

5、變隔振器的固有頻率來避開外界的激勵頻率。
　　磁流變彈性體隔振器的實驗研究。研究了磁流變彈性體隔振器在激振器的激勵作用下的振動響應特性,通過實驗,驗證了隔振器的磁流變彈性體在電流作用下,其剛度和阻尼會產生變化,因此可以通過調節(jié)隔振器線圈中電流的大小來改變磁流變彈性體的剛度和阻尼值,以達到最佳的隔振效果。同時對磁流變彈性體隔振器的耗能特性進行了測試實驗,通過衰減法測試出隔振器的損耗因子,發(fā)現(xiàn)比一般的磁流變液夾層梁和純硅橡膠的損耗因子