[发明专利]一种磁流变阻尼器的有限元多场耦合建模方法

说明书

本发明公开了一种磁流变阻尼器的有限元多场耦合建模方法，涉及计算机辅助设计方法技术领域，包括如下步骤：通过磁场分析获得线圈通电后磁流变阻尼器的磁感应强度分布，将该磁感应强度分布导入磁流变阻尼器的流固耦合场，根据磁流变液的本构模型得到磁流变液的表观粘度，在流固耦合场中通过一般形式的偏微分方程建立磁流变液的粘弹塑性本构模型，描述磁流变阻尼器工作过程中磁流变液的应力‑应变关系。并根据该本构模型以及磁感应强度分布得到磁流变液的表观粘度。采用上述有限元建模方法，能保证有限元计算得到的磁流变阻尼器的磁场分布与实际情况基本一致，磁流变液的本构模型跟符合实际，提高了磁流变阻尼器出力计算的准确性。

技术领域

本发明涉及计算机辅助设计方法技术领域，具体是指一种磁流变阻尼器的有限元多场耦合建模方法。

背景技术

智能材料因其广阔的应用前景成为世界材料科学领域的研究热点，磁流变液由于其独特的磁流变效应，良好的流变性能，被认为是最具发展潜力的智能材料。磁流变液的特性使得其具有十分广泛的应用前景，在液压、制动振动、驱动密封等的主动和自适应控制中具有广阔的应用前景。磁流变阻尼器是一种应用广泛的磁流变器件，其具有体积小、能耗低、结构简单、阻尼力大、动态范围广、频响高、适应面大等特点，且它能够依据系统振动实时调节阻尼器出力以改善系统振动响应，因而在振动控制领域具有广阔的应用前景。

准确的磁流变阻尼器出力预估模型对于磁流变阻尼器的优化设计与控制具有重要意义。但由于磁流变阻尼器具有非线性，比如磁流变液在屈服前表现为粘弹性而在屈服后表现为粘塑性以及磁场的非均匀分布，使得磁流变阻尼器的出力难以准确的估计。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术缺点，针对现有磁流变阻尼器仿真中以静态磁场模拟阻尼器实际磁场以及只用简单的Bingham本构模型描述磁流变液性能等不足所造成的阻尼器仿真出力不准的情况，本发明目的在于提供一种基于COMSOL的磁场与流固耦合场模型模拟计算磁流变阻尼器工作过程中出力的方法，COMSOL软件能自定义几何变形适用于模拟线圈运动时的动态磁场分布，另外COSMOL能自定义偏微分方程解决了磁流变液复杂本构模型建模的困难。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种磁流变阻尼器的有限元多场耦合建模方法，所述建模方法是基于COMSOL磁场与流固耦合场模型模拟计算阻尼器出力的方法，包括如下步骤：

S1、建立了随线圈运动而变化的磁流变阻尼器磁场仿真模型，并将该模型仿真得到的结果导入磁流变阻尼器的流固耦合仿真中；

S2、通过偏微分方程建立磁流变液的粘弹塑性本构模型，然后根据该模型设置磁流变液流体属性，随后仿真得到磁流变阻尼器的出力。

进一步的，所述步骤S1中的磁流变阻尼器的瞬态磁场建模方法为，建立变形几何物理场，同时给缸体与上下法兰设置固定约束，给活塞、活塞杆与线圈设置指定变形，给上下腔磁流变液设置自由变形，将上下腔磁流变液与活塞的接触边界设置为指定位移，将上下腔磁流变液与上下法兰的接触边界固定，通过系数形式边界微分方程描述上下腔体磁流变液在活塞运动时的变形情况。

进一步的，所述的磁流变阻尼器的系数形式边界微分方程为，将上下腔体磁流变液的8个节点设置为狄利克雷边界条件，其中与活塞接触的四个节点的z向位移为权利要求2中的活塞指定变形，其他四个节点的位移都设为0。

进一步的，所述S2中磁流变液的粘弹塑性本构模型为基于Bingham模型的并联本构模型和基于Bingham模型的串联本构模型，前者需要通过一般形式偏微分方程描述磁流变液的弹性应力与弹性应变关系而粘性应力与剪切屈服应力直接通过幂律模型设置，后者需要通过一般形式偏微分方程描述磁流变液的总应力与总应变的关系。