磁流变液调制构成的阻抗分层结构振动传递特性研究

来源 :哈尔滨工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:helen527
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磁流变液作为一种新型智能材料,在磁场作用下因具有液固转换的特殊理化特性,所以在振动控制领域具有良好的发展潜力。目前的振动控制结构不具有较大的结构可变性和参数可调性,所以只能针对某种参数固定的具体结构装置进行研究,这很难阐述和验证振动传递现象的本质和机理。因此,为了揭示振动传递的耗散和阻断机理,进行可调制结构的振动传递特性研究具有重要的理论意义及工程价值。本文以磁流变液构建的阻抗可调制结构为研究对象,分析了磁流变液阻抗在磁场调制下的变化规律,研究了磁流变液调制构成的单层和周期阻抗结构,并对上述两种阻抗调制结构的振动传递特性进行了理论分析和实验验证,具体工作如下:分析了磁流变液阻抗随磁场的变化规律。基于等效介质理论,建立了磁流变液在零场和外加磁场状态下的阻抗分析模型,数值计算获得了上述两种不同状态下的磁流变液阻抗变化曲线。曲线分析结果表明,在零场状态时,磁流变液的阻抗正比于材料密度;在外加磁场状态时,磁流变液的阻抗随着磁感应强度的增加而增大。相比于零场状态下的阻抗,外加磁场调制下的磁流变液阻抗具有更强的可设计性。研究了磁流变液调制构成的单层阻抗结构振动传递特性。利用磁流变液外部单层布置电磁铁形成的可调制磁场控制其阻抗,构建了一种单层阻抗结构。基于双相多孔介质理论建立了弹性波在单层阻抗结构中的波动方程,采用Helmholtz分解定理对波动方程进行求解,获得了弹性波传播速度、衰减系数和振级落差的数学表达式。分析了阻抗参数变化对弹性波传播速度和衰减系数的影响,明晰了弹性波的传播规律。同时,以振级落差为评价指标,研究了阻抗参数变化对单层阻抗结构振动传递特性的影响,通过数值计算得到了振级落差随不同阻抗参数的变化曲线。结果表明,磁感应强度和电磁铁厚度的增加均可使振级落差增大,但当磁感应强度与电磁铁厚度分别增加到40 m T和20 mm时,振级落差不再分别随上述两项参数的增加而增大;另外,振级落差随电磁铁与激振源间距离的缩短而增大。研究结果为磁流变液调制构成的阻抗多层结构研究提供了依据。研究了磁流变液调制构成的周期阻抗结构振动传递特性。利用磁流变液外部周期分层布置电磁铁形成的可调制磁场控制其阻抗,构建了一种周期阻抗结构。基于传递函数法建立了弹性波在周期阻抗结构中的传递模型,采用驻波法和离散法对传递模型进行求解,获得了弹性波传播速度、衰减系数和振级落差的数学表达式。分析了结构参数变化对弹性波传播速度和衰减系数的影响,明晰了弹性波的传播规律。同时,以振级落差为评价指标,研究了结构参数变化对周期阻抗结构振动传递特性的影响,通过数值计算得到了振级落差随不同参数的变化曲线。结果表明,磁感应强度和周期层数的增加均可使振级落差增大,但当磁感应强度与周期层数分别增加到30 m T和4层时,振级落差随上述两项参数的增加变化幅度很小;另外,随着周期间距的增加,周期阻抗结构的特征频率点向低频区域移动,周期间距的变化对振动的传递在不同频段有不同的衰减效果。研究结果为磁流变液阻抗可调制结构的分层设计提供了理论指导。完成了磁流变液阻抗可调制结构振动传递特性的实验测试研究。设计了磁流变液调制构成的阻抗分层结构装置,搭建了相应的振动传递测试实验平台,分别对单层及周期阻抗结构进行了振动传递实验测试,获得了不同参数变化对上述两种阻抗结构振动传递特性的影响规律,并对实验测试与理论计算结果进行了对比分析。结果表明,单层及周期阻抗结构在不同参数下的振级落差实验与理论曲线变化趋势相吻合。实验测试单层阻抗结构最大振级落差可达31.94 d B,与理论计算结果的相对误差为6.4%;实验测试周期阻抗结构最大振级落差可达40.07 d B,与理论计算结果的相对误差为8.5%,这表明实验测试与理论预测结果具有较好的一致性,从而充分验证了前述理论预测模型的正确性。实验结果为磁流变液阻抗可调制结构的应用设计和参数优化提供了参考。
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