利用ANSYS的磁流变减振器磁路分析

本资料包含pdf文件1个，下载需要1积分

1 磁流变减振器的磁路分析磁流变减振器是-种阻尼力随外加激励电流大小变化而变化的阻尼可调减振器，激励电流的大婿定了阻尼力的变化范围l 。随着激励电流的增大，磁流变减振器的磁路会产生磁饱和，即使再增大激励电流，磁通密度也不会增加。磁流变减振器磁饱和时的激励电流大婿定了减振器的最大激励电流，也决定了阻尼力的变化范围。磁流变减振器的磁路结构直接影响了磁流变减振器的性能 ，因此，研究磁流变减振器的磁场分布，对提高磁流变减振器的性能有重要的现实意义。

本文采用ANSYS有限元软件，对不同结构的磁流变减振器的磁场分布进行了计算♂果表明，对于单级磁路减振器，增加活塞的长度和工作缸的厚度，可降低同样激励电流下的最大磁通密度，增大磁饱和电流；对于双级磁路减振器，两个相邻线圈绕向相同对减振器的磁场分布改善不大，而绕向相反对减振器的活塞磁场分布改善较明显。

601.1 磁流变减振器及工作原理图1所示为基于混合工作模式的磁流变减振器的结构，图1中 为磁流变液流经阻尼通道的速度， 为活塞的运动速度。其工作原理为：减振器的活塞在工作缸内做往复运动，磁流变液从活塞与工作缸中间的间隙中流过，产生阻尼力。改变间隙中磁场强度可改变磁流变液的流动特性，使减振器的阻尼力发生改变。

图1 基于混合工作模式的磁流变减振器的结构1.工作缸 2.阻尼通道 3.磁流变液 4.线圈5.阻尼通道 6.活塞 7.活塞杆兰文奎 ，等：利用 ANSYS的磁流变减振器磁路分析 2013年第 3期1.2 单级磁路单级磁路磁组计算图如图2所示，图2中 为工作缸的厚度，Z为阻尼通道的长度， 为活塞的长度，h为活塞半径与活塞芯部半径的差值，e为阻尼通道的间隙，D为活塞的直径。

图2 单级磁路磁阻计算图单级磁路即活塞上仅绕有-组激励线圈，该线圈产生的磁通量 NI/R ，其中Ⅳ为线圈匝数，，为激励电流的大小，R 为整个磁路的总磁阻，R 为： R 2 。R (1)式中： ，为活塞的区域 1的磁阻； 砣为活塞的区域 2的磁阻；R柑为工作缸的区域 3的磁阻；ln(12e/D)/( 1Tf)为磁流变液的近似磁阻 ；肛。为真空磁导率 ； 为磁流变液的相对磁导率。

磁路确定后，磁路中最先磁饱和的区域激励电流，决定了磁路的最大激励电流。理想的状态是磁流变液最先磁饱和。由于磁路中磁通量是定值，即通过每个横截面积的磁通量都是-样的。因此任何-个区域中饱和磁通密度与其磁通量通过的面积乘积值最小，则最先达到磁饱和。取磁流变液的饱和磁通密度B ，0.6T，工作缸的饱和磁通密度B。1T，活塞采用工业纯铁，磁通密度 B 2.5T。设 D24mm，zl1mm，h5mm，n1.5mm，e1.5ram。计算图 2所示各区域中饱和磁通密度 与磁通量通过的面积 5的乘积值，对于区域 l： S 1 130；区域 2： 1S：384.65；区域 3：B3S3134.2；磁流变液区域：B S 497.4，对于该结构的磁路，最先达到磁饱和的是工作缸，其次是活塞芯部(图2中区域2)。

1.3 双级磁路对于绕向相反的双级磁路活塞，其磁路相当于两个独立线圈构成的磁路 ，两个磁路的磁阻相等。每个激励线圈构成的磁路的磁阻 为：R 柑扣 (2)式中： 为活塞的区域4的磁阻；R砣为活塞的区域上 - . 。

吨 区域3× >< 区域1 区域1区域4 区域2 区域4 Q图3 双级磁路磁阻计算图2的磁阻；R 为活塞的区域 1的磁阻；In(12e/D)/( 枷 )为磁流变液的近似磁阻；b为阻尼通道的长度。

与单级磁路相比，活塞绕组变成了两组，线圈的匝数为原来的-半，但阻尼通道的总长度保持不变，阻尼力的大小也保持不变。线圈的匝数变为单级磁路的-半，但磁阻的减少量不是单级磁路的-半，因此总磁通量较单级磁路降低。若两者其他任何结构参数都-样 ，磁通量的减少可增大线圈的激励电流，使其阻尼力的变化范围更广泛。设 D24mm，b7ram，h5mm，C8mm，01.5mm，e1.5mm。计算图3所示各区域中饱和磁通密度 与磁通量的面积s的乘积值，对于区域 1：BS11 130；区域 3： S3134.2；区域4：8 S4384.65；磁流变液区域：B S 180.8。如果不考虑线圈匝数减少引起的磁通量降低对磁场分布的影响，双级磁路对磁路性能的改善也是显而易见的。

2 有限元计算2.1 激励加载本文对磁流变减振器活塞的二维模型进行电磁场有限元分析。忽略磁路的漏磁，考虑到减振器在汽车上振动频率较低，其电磁称算简化为静态电磁场计算，在线圈上加载的电流密度 为：J NI/A (3)式中： 为电流密度，A/m ；Ⅳ为线圈的匝数；，为加载的电流强度，A；A为线圈的横截面积，m 。

2.2 磁通密度电磁场有限元计算通过上述分析，为了改善磁场分布的状态，可增加工作缸的厚度或采用多级磁路。工作缸的缸壁厚度的增加，增大了磁通量通过的横截面积，可有效降低工作缸的磁通密度。多级磁路可以降低同样激励下的磁通量，即激励电流相同的条件下，双级磁路比单级磁路磁通量更小，增大了电流的调节范围。