2003年1月農業(yè)機械學報第34卷第1期ER流體的動力學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)流體的動力學特性進行了研究。應用迭代攝動法討論了含有ER流體振動系統(tǒng)的非線性頻譜,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系統(tǒng)在不同電場強度和激勵頻率作用下的位移響應情況。結果表明:系統(tǒng)的剛度和響應的變化可以通過外加電場強度來控制,隨著電場強度的增加,響應幅值減小且結構剛度變大。關鍵詞:流體力學電流變流體動力學方程控制中圖分類號: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。針對電流變流體動力學特性,許多學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,用迭代攝動方法3討論ER流體對系統(tǒng)頻率業(yè)要求有好的減振性、緩沖性和平穩(wěn)性,因此提出了的影響,并且在外加電場作用下,對一個含有ER流參數可變化,即智能化的概念。ER( Electro-rheolog-體的振動系統(tǒng)進行數值響應分析icaⅠ)流體是一種新型的智能流體材料,外加電場強度在改變電流變流體的力學性能的同時使得含有ER流體的阻尼模型中國煤化工電流變流體的系統(tǒng)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。以流體在外加電場強度作收稿日期:20010903楊光長春工業(yè)大學基礎科學系講師,130012長春市董曉剛承壽數學基礎科學系教授胡旭林長春工業(yè)大學基礎科學系實驗師第1期楊光等:ER流體的動力學特性研究109用下,微粒被極化,沿電場阻尼力R—外激勵力方向排列。其阻尼力隨外M—系統(tǒng)的質量矩陣加電場強度的增加而增K—系統(tǒng)的剛度矩陣加,通過控制電場強度,可C系統(tǒng)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,而且體耗散曲線對于求解非線性頻譜,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。而迭代攝動方法在求解非線以及固體內部阻尼等的綜合效應。文獻[3]獲得了性模態(tài)問題時,一系列時間步長中的局部模態(tài)不必ER流體能量耗散曲線的回滯環(huán),并將電流變流體重新計算,只需用攝動法作簡單的修正,這可以簡化的阻尼分為粘性阻尼和回滯阻尼兩部分。在零電場計算因此,對于式(4)所表示的非線性問題應用迭時,電流變流體表現為粘性阻尼,其阻尼力表達式為代攝動方法,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表示當前的時間,假設質量矩陣和阻尼矩陣粘度系數為常量,在每個時間步長內,剛度矩陣K,可視為常ai——兩極板間的相對速度,m/s量,在每一時間步長的起始時刻,應用系統(tǒng)的切線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(tǒng),有尼力為F1- Lo wcosω)。隨著電場強度的增加,電流變流體從線性粘性向非線性粘彈塑性轉變,可以利用雙線性回滯阻尼來描述其阻尼模型。在一個周(6)期內,回滯阻尼與輸入位移之間的關系為K,usin(ot)-K,u0+F,(丌/2