基于ERF的切削颤振控制建模与仿真的研究 .doc

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1、基于ERF的切削颤振控制建模与仿真的研究作者；胡耀斌陈从桂张春良摘要：针对电流变阻尼器抑制切削颤振存在的困难，设计了一种流动与剪切混合模式的电流变阻尼器。文章介绍了电流变液及电流变阻尼器的工作原理和性能特点；基于Bingham塑性理论，建立了流动与剪切混合模式的电流变阻尼器的力学模型。实验与仿真结果表明，电流变阻尼器能很好地实现振动的实时控制，并能有效地抑制切削颤振的发生。关键词:电流变阻尼器切削颤振实时控制建模与仿真Abstract:FacingthedifficultythatERfluidda

2、mpercontainsthecuttingchatter,wedesignedadamperbasedonflowandshearmixedmodeltocontrolthecuttingchatter.ThispaperintroducestheprincipleandERfluiddamper;basedonBinghamplastictheory,foundsthemechanicalmodelofERfluiddamperofflowandshearmixedmodel.Theresult

3、ofexperimentandsimulationshowsthisERfluiddampercanwellcontrolthevibrationandthecuttingchatter.Keywords:ERDamper,CuttingChatter,RealTimeControl,foundmodelandsimulation1引言在振动控制领域中，常用的智能材料有：电流变（磁流变）液、形状记忆合金、压电材料和电（磁）致伸缩材料等四种。压电材料和电（磁）致伸缩材料所产生的作用力往往不够大，而形状

4、记忆材料存在滞后响应的问题且需要电源加热，响应速度慢,相形之下,电流变(磁流变)液应用较为广泛一些。电流变（磁流变）液是指在电场（磁场）作用下液体的粘性等流变性质会随着电场（磁场）强度的变化而变化的流体，一旦撤去电场或（磁场），材料又恢复原来的状态，响应时间仅为毫秒级。这种优良的机电耦合性能使电流变（磁流变）液成为一种理想的可控阻尼介质。该可控阻尼介质具有实现阻尼的无级可逆调节、响应速度快、能耗低等突出的优点。因此电流变（磁流变）液在振动控制2　　电流变液电流变体(electrorheologica

5、lfluids)也称为电流变流体，简称ER流体，是一种比较特殊的流体，它在外加电场的作用下流变性能由易流动的低粘度的流体突变为难流动的高粘度的塑性类固体，而当撤去外加电场后，它又可在瞬间内恢复到液态。电流变液的这种性能改变仅仅在毫秒间就可完成，这是电流变液最能被利用的优势。2.1基本概念电流变学[4,5](Electrorheology)是研究一定的分散体系在电场的作用下,其粘度、模量和屈服能力等与物体流变各性能参量有关的一门学科,是流变学5(Rheology)的一个重要分支。电场对分散体系的结构和

6、流变性质的影响称为电流变效应(Electrorheologicaleffect)。具有电流变效应的分散体系称为电流变体——简称ER体,亦称为电流变液(ElectrorheologicalFluid)。根据目前ER体研究的情况,具体的ER体指的是在绝缘的连续相液体介质中加入精细的固体颗粒而形成的悬浮液。该液体在一定电场的作用下,会明显地显示出与原来液体不同的类固态特性,而当电场解除后液体又恢复到原来所具有的性能，这种变化是连续、快速并且可逆的，而且是可控的。电流变液的特性无论在科学研究还是在技术应用等

7、方面都有巨大的研究价值。但是，从目前来看，制约电流变技术发展和应用的主要因素是电流变材料的性能仍无法满足大规模工业应用的要求，制造高性能的电流变材料是突破这一瓶颈的关键[6,7]。2.2性能特点2.2.1流变性能电流变液的流变性能直接影响到电流变液实际应用的可能性。目前人们对稳态剪切场下ERF屈服后流变性能的变化进行了深入的研究，但对屈服前非稳态剪切场下的流变行为研究较少。对于ERF的流变性能主要有两个指标：一是非场黏度，二是动、静态屈服应力。2.2.2电流密度电流密度是评价电流变液性能的一个重要指

8、标，电流密度过大，会造成电流变液过热，而温度对电流变液的性能影响很大，温度过高会引起电流变液不稳定，使其效率较低，严重时可能发生击穿现象。因此对高压电源的要求很高，最理想的电流密度应在。2.2.3响应时间电流变液的响应时间一般为毫秒级，这是电流变液优于其他智能材料的一个重要特征。美国LORD公司ERF/6533-16A电流变液的响应时间，只有8ms左右[8]。2.2.4稳定性电流变液的稳定性主要是指电流变液在长期放置的情况下不发生分层现象，这是关系到其能否应用于工业过