[发明专利]可实现垂直水平多方向振动控制的磁流变弹性体隔振器

说明书

本发明提供一种可实现垂直水平多方向振动控制的磁流变弹性体隔振器，第一铁芯上缠绕有第一电磁线圈；第一导磁滑块与第一铁芯之间设置有第一垂直方向磁流变弹性体，第一导磁滑块与第一外壳之间设置有第一水平方向磁流变弹性体；第一水平方向磁流变弹性体材料为硬磁性颗粒磁流变弹性体材料；第一垂直方向磁流变弹性体由多层第一圆片和多层第二圆片组成，第一圆片和第二圆片呈交替设置并叠加在一起；第一圆片为硬磁性颗粒磁流变弹性体材料，第二圆片为钢。本发明通过磁流变弹性体和钢的层合结构提高隔振器在垂直方向上的承载能力，通过剪切和挤压的复合模式结合硬磁性颗粒磁流变弹性体独特的磁致效应，提升隔振器在垂直和水平各方向的隔振能力。

技术领域

本发明属于结构振动控制领域，具体涉及一种能在垂直方向承载、并实现垂直水平多方向振动控制的磁流变弹性体隔振器。

背景技术

在船舶工业、航空工业、土木工程、汽车工业等领域，振动控制技术被广泛用于抑制振动，隔振是通过降低振动的传递来控制目标振动的振动控制方法。被动振动控制技术操作简单和易于实现，但其适应能力差无法满足更高的减振要求。考虑到现实中的时变振源或宽振动频带，主动振动控制技术可以显著提高减振效果，但是高耗能、高成本，因此不适用于船舶的减振降噪。在过去的几十年中，半主动振动控制已经吸引了很多关注，无需额外消耗大量能量仅通过改变自身刚度或阻尼来调节内部动力并降低振动响应，兼具被动控制的可靠性和主动控制的高效性，因此在工程应用中具有很大潜力。

基于不同智能材料的元件具有不同的振动控制方案，自从1948磁流变现象被发现，磁流变材料因其动力学特性已经被证明非常适合应用于存在随机激励和冲击载荷的振动控制，包括船用设备和车辆装置的减振。目前，因为动态屈服应力可以连续、快速、可逆地受外加磁场控制，磁流变液的应用已经在多个领域得到商业化和工业化，比如汽车阻尼，车辆悬架和防震装置。与磁流变液相比，磁流变弹性体的应用仍处于探索阶段，相关的产业化才刚刚起步。

磁流变弹性体是磁流变材料的一个分支，磁流变弹性体由可磁化颗粒和抗磁性聚合物基体组成，其磁致效应表现为通过对外部磁场的调整可以实现对磁流变弹性体的刚度进行连续、快速、可逆的控制。弹性体相态克服了磁流变液屈服应力较低、易受杂质影响、对电压要求高、液体泄漏和颗粒沉降等缺点^[1]。传统的磁流变弹性体的可磁化颗粒为软磁材料，因为最初的研制采用了软磁性颗粒，制备工艺成熟，目前大多数磁流变弹性体均属于传统的磁流变弹性体。其隔振原理是在低频域内通过接通外磁场提高隔振器固有频率，因此在低频振动的工作环境里磁流变弹性体隔振器消耗电能。

永磁材料颗粒组成的硬磁性颗粒磁流变弹性体(颗粒材料为钕铁硼，基质材料为硅橡胶)是一个新的分支，在磁场作用下硬磁性颗粒磁流变弹性体在成型过程中被磁化，因此，材料本身具有磁性和磁场方向。区别于传统的磁流变弹性体，零磁场时储能模量最低材料最软，增加外部磁场只能实现储能模量的增加，材料硬化；硬磁性颗粒磁流变弹性体独有的磁致效应表现为，当外部电磁场方向与磁流变弹性体本身的磁化方向一致时，因为储能模量的增加材料会变硬，当外部电磁场方向与磁流变弹性体本身的磁化方向相反时，因为储能模量的降低材料会变软。因此，控制外部磁场不仅可以实现刚度的增加，也可以实现刚度的降低，能够为磁流变弹性体隔振器提供更加节约能源的工作方案，因此是半主动振动控制系统的理想选用材料^[2]。

目前为止，现有的大多磁流变弹性体隔振器使磁流变弹性体在剪切模式下工作，通过控制剪切模量实现隔振效果。然而，磁流变弹性体在压缩模式下能承受更大载荷，磁致模量更大，同时，考虑到磁流变弹性体与钢的层合结构具备优良的承载能力，采用剪切-压缩复合模式可以有效提高隔振器的承载能力、工作效率和稳定性。

参考文献

[1]J.D.Carlson,M.R.Jolly,MR fluid,foam and elastomer devices,Mechatronics,10(4),555-569,(2000).