磁流变弹性体隔振器的磁路结构有限元分析

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磁流变弹性体隔振器的磁路结构有限元分析王宇飞 ，楼伟锋 ，吴东兴(1.海军装备研究院，上海 200235；2.92001部队 31分队，山东 青岛 266000)摘 要：磁流变弹性体是-种新兴磁流变材料，目前在结构振动控制、冲击隔离等方面显示出广阔的应用前景。基于磁流变弹性体的优 良特性，设计-种剪切挤压式磁流变弹性体隔振器。根据磁流变弹性体工作区域磁场强度的要求，进行磁流变弹性体隔振器的磁路设计。利用ANSOFT电磁场分析软件，对磁流变弹性体隔振器进行磁路有限元分析，验证设计结果的正确性。

关键词：振动与波；磁流变弹性体；隔振器；磁路设计；有限元分析中图分类号：TH703.62 文献标识码：A DOI编码：10.3969/j.issn.1006-1335.2013.03.001Finite Element Analysis of M agnetic Circuit for M agnetorheologicalElastomer Vibration IsolatorsWANG Yu-fei 1 7 LOU Wei-feng ， Dong-xing(1.Naval Academy ofArmament，Shanghai 200235，China；2.The Thirty-One Department ofNo.92001 Army，Qingdao 266000，Shandong China)Abstract：Magnetorheological elastomer(MRE)is a new kind of magnetorheological materials.It shows wideprospects of application in structure vibration cqatrol hock isolatipn and SO on.Based on the predominant characteris.tics ofMRE，a shear-compression vibration isolator was designed.According to the requirement of magnetic field in the workingarea，the magn etic circuit parameters of the MRE vibration isolator were calculated and the magnetic circuit was design ed。

Using the software ANSOFT，a finite element model of the isolator was established and analyzed.The results validate thedesign ofthe magnetic circuit。

Key words：vibration and wave；magnetorheological elastomer；vibration isolator；magnetic circuit design ；finiteelement analysis磁流变弹性体是-种新兴磁流变材料，它是将微米级的磁性颗粒散布于固态状或凝胶状的高分子聚合物基体中固化后形成的。与磁流变液相比，磁流变弹性体不仅解决了磁性颗粒的沉降性和团聚稳定性问题，而且具有可控可逆、响应迅速、稳定性好、制备成本低等独特的优点。因而，显示出广阔的应用前景。

目前基于磁流变弹性体开发的可控刚度汽车轴衬 ㈣、可调吸振器 [3I4]、阻尼器 等，在结构的振动控制、冲击隔离等方面显示出了良好的特性。本文利收稿日期：2012.04-11；修改 日期：2012.07-18作者简介：王宇飞(1982。)，男，工程师，研究方向：减振降噪。

用磁流变弹性体，设计了-种剪切挤压式磁流变弹性体隔振器。根据磁流变弹性体工作区域磁场强度的要求，设计了磁流变弹性体隔振器的磁路参数，并利用ANSOFT有限元软件对隔振器进行了磁路有限元分析♂果表明，在设计磁流变器件时，沿着或者垂直于磁路方向上，磁流变弹性体的尺寸不能过大，否则将造成磁路中磁场分布的不均匀性或者加剧磁场的减小，削弱磁流变器件的可控性能。

1 磁流变弹性体隔振器磁路设计根据磁流变弹性体的工作模式和工作原理，结合隔振器的工作特点，初步设计了～种剪切挤压式磁流变弹性体隔振器，如图l所示。该型磁流变弹2 磁流变弹性体隔振器的磁路结构有限元分析 2013年6月也线图 1磁流变弹性体隔振器示意图Fig.1 Sketch map of the MRE vibration isolator性体隔振器具有以下两个优点：-是隔振器在垂向主要是剪切变形，通过调节磁流变弹性体的倾角，可以改变隔振器的固有频率；二是隔振器中磁流变弹性体处于剪切挤压状态，当隔振器发生垂向变形时，磁流变弹性体受到挤压，有利于提高磁流变弹性体的磁流变效应，提高隔振器的可控性。

从图 1中可以看出，磁流变弹性体隔振器的磁路主要由导磁骨架、磁流变弹性体两部分组成。其中磁流变弹性体处于剪切挤压状态；电磁线圈由左右两个部分组成，两部分的绕线方向相反。当电磁线圈中通入电流时，就会沿着图1中所示的闭合回路产生磁常磁流变弹性体在磁场下会产生磁致模量和磁致阻尼，从而引起磁流变弹性体隔振器刚度特性和阻尼特性的变化，实现参数可调可控的目的。

1.1 磁路设计的基本原则磁流变弹性体隔振器必须工作在磁场下才能实现其可控特性。因此，磁路设计无疑是磁流变弹性体隔振器结构设计中十分重要的-环。磁路设计的目的是设计-个低磁阻的磁路，把磁场引导并集中到磁流变弹性体的工作区域，使得工作区域的磁场能量最大化，而在其他非工作区域，旧能减少能量的损失，减少不必要的漏磁。

在磁路设计中，除了保证按照设计的路线形成磁路，在工作区域产生所需的磁场，还需要对隔振器进行隔磁和抗漏磁设计。在隔振器与外部连接部分，可以选用不导磁的不锈钢进行隔磁处理。

在隔振器的磁路设计中，还应该避免磁流变弹性体长时间处于磁饱和状态的情况。这是因为磁流变弹性体中磁性颗粒磁化后，相互之间的间距减小，两者之间的基体材料处于压缩状态，当颗粒达到磁饱和时，基体材料受到的压缩力也达到最大，因此基体材料也最易破坏。

1.2 磁路材料的磁化参数本文研制的各向异性磁流变弹性体，其磁性颗粒的填充质量分数为 7O%左右(体积分数约为26.42%)。Ginder等通过对填充体积分数为27%的各向异性天然橡胶基磁流变弹性体的磁导率进行了研究 ，得出在小磁场条件下，沿着颗粒链状方向的磁导率约为3.4，垂直于颗粒链的方向的磁导率约为2-3。方生对填充体积分数为30.8%的磁流变弹性体的等效磁导率进行研究 ，结果表明在小磁场条件下，磁流变弹性体的磁导率在3.0～3.5之间，而且随着磁场强度的增大，磁流变弹性体的磁导率逐渐减校因此，本文在磁路设计时，初步选择磁流变弹性体的等效磁导率为3.2。

和传统的隔振器相比，磁流变弹性体隔振器的材料除了要满足必备的机械力学性能外，还必须具有良好的导磁性能。特别是骨架材料，其导磁性能的优劣直接决定了磁流变弹性体工作区域的磁场特性。本文的骨架材料选用 10号钢，不仅要确保 良好的导磁性能，而