磁流变减振器多场耦合仿真分析.pdf

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1、2014年1月农业机械学报第45卷第1期磁流变减振器多场耦合仿真分析术于振环刘顺安张娜李万林(1．吉林大学机械科学与工程学院，长春130022；2．长春汽车T业高等专科学校机电工程学院，长春130011)摘要：研究了磁流变减振器电磁一流和流一固耦合的建模方法及求解方法。基于电磁一流和流一固耦合有限元方法，利用Adina软件建立高精度的流一电磁有限元网格模型和固体有限元网格模型，并在Adina软件后处理中进行求解分析，分别得到了磁流变减振器非控状态和通电状态的阻尼力一速度特性、示功特性、磁场分布特性、核心区

2、域流场压力场和速度场特性。仿真结果表明：在高速磁流变液的冲击下，核心区域流场压力场变化明显；根据磁场分布特性，说明设计的单筒磁流变减振器结构能增大阻尼力调节范围。在电磁一流和流一固耦合计算中考虑了流体湍流流动，尽量使仿真模型与物理模型保持一致，试验结果与仿真结果吻合较好。关键词：磁流变减振器多场耦合有限元分析中图分类号：U463．334．3文献标识码：A文章编号：1000—1298(2014)01—0001—07引言1磁流变液减振器结构原理汽车悬架最重要的组成部件之一是减振器，减图1为MRD结构原理图，活

3、塞和浮动活塞将工作缸分为I、Ⅱ、Ⅲ腔室，电磁线圈绕制在活塞内部，振器是评价整车舒适性、操控性及安全性的重要零通过空心活塞杆引出电源线。电磁线圈产生的磁场部件之一¨。车辆的舒适性和操控稳定性是一对相矛盾的因素，传统的被动悬架系统由于刚度和阻尼不可调，使整车舒适性和操控性的协调受到很大影响。磁流变液半主动悬架可以有效解决这一问题，它可以根据当前行驶路况做出反馈，调节磁流变液减振器(MRD)阻尼力，从而控制车辆的舒适，4j性及操控稳定性。磁流变液属性和活塞组件结构以图1单筒磁流变液减振器结构原理图及电磁线圈匝数

4、决定了阻尼力特性，三者的合理匹Fig．1MonoMRDstructurediagram配是保证磁流变液减振器特性的关键。然而，这个1．工作缸2．气室3．浮动活塞4．活塞外盖5．活塞6．活塞杆7．电磁线圈复杂的多场耦合问题理论上尚无解析的数学描述，现阶段开发仍采用基型参照设计结合试验测试匹配穿过位于活塞上的阻尼通道，通过改变电流大小能的技术路线，串行+回溯的流程严重制约了开够改变磁场大小，从而改变阻尼通道磁流变液的运发周期和效率。通过建模及仿真技术(VV&A)揭示动粘度，实现对阻尼力大小的控制。当减振器做复

5、多场耦合作用机理，发掘结构、参数与性能间的联系原行程时，磁流变液由Ⅲ腔室注入Ⅱ腔室；当减振器并用于研发，已成为减振器研究的热点问题，例如文做压缩行程时，磁流变液由Ⅱ腔室注入Ⅲ腔室，气室I为献[9～10]都对MRD磁一流耦合进行仿真分析，但补偿作用。本文设计的MRD应用了磁流变液的流没有流一固耦合仿真分析，未得到MRD的阻尼特动模式和剪切模式，与普通MRD结构不同在于：为性、示功特性等。增加减振器阻尼力可调范围，活塞上侧和下侧增加本文对MRD多场耦合建模及求解进行研究，磁流变液流动缝隙。活塞的孔径、个数及缝

6、隙大小利用Adina软件建立MRD工作区域的完整耦合模等参数决定了MRD的稳态特性和过渡特性，准确型，并进行求解和详细仿真分析。分析、设计并实现期望的MRD阻尼力特性是MRD收稿日期：2013—06一l6修回日期：2013—08—10国家自然科学基金资助项目(50475011)作者简介：于振环，博士生，主要从事车辆动力学研究，E-mail：yuzhenhuan@163．tom2农业机械学报研发的关键，也是多场耦合作用仿真及分析的重点。(2)流一磁边界处的耦合计算MRD结构主要参数为：活塞材料为DT4、活塞

7、半径r=Adina的CFD+EM模块可以解决磁一流耦合问33mm、流动缝隙6=1mm、阻尼通道z=10miD_。题，磁场为静磁模式，流体定义为FCBI—C元素。流体变量和磁场变量在边界处进行耦合计算，得到2基于Adina的FSI有限元分析方法麦克斯韦应力和焦耳热速率，从而可以计算出流体2．1FSI有限元数学模型压力和能量数值等参数。FSI有限元分析是用来解决流体与固体之间运利用有限元FSI基本理论分析MRD核心区域动状态的问题，它的基本原理是同时满足流体耦合FSI问题时，需要解决3个关键问题：边界动力学方

8、程和运动学方程，以及固体耦合边界(1)准确传递流固耦合面上相互作用力动力学方程和运动学方程Adina软件的固体模型与流体模型是分别建立=的，并且分别在两个模型的耦合面上定义边界条件d(1)动力学条件为nT，：n,'i-(2)求解流一固耦合问题。流体和固体的网格不需要完全一致，只要达到一定容差即可¨。因此对MRD式中d，——流体边界位移核心区域分析时，采用如下处理技术保证流固耦合d——固体边界位移面上作用力准确传递：将流固耦合面