新型磁流变减振器的磁路设计与有限元分析0塑料旋钮

新型磁流变减振器的磁路设计与有限元分析

新型磁流变减振器的磁路设计与有限元分析 ANSYS建模与仿真分析

1、模型建立

前先确定模掣的维数，如图2所示减振器的任一纵向截面中，只有沿截面法线方向的电流存在，故可采用二维静态电磁场分析方法进行建模分析。由于多环槽磁流变减振器是关于缸体中心轴线对称的结构，所以在建模时可以取整个结构的1／2进行分析。ANSYS中电磁场分析的方法主要也括磁标量法(MSP)、节点法(MVP)和棱边法，针对二维静态磁场分析一般采用节点法，节点法将电路供电实导体块作为模型的一部分进行建模，常用的单元类型有SOLID97、PLANE53、PLANEl3，其中PLANE53单元常用于二维静态磁场分析，该单元为四边形8节点磁实体矢量单元。本文中的线圈剖分截而为模型的电路供电实导体块，单元类型选用PLANE53单元。 模型中各部分材料属性的定义直接影响仿真结果的准确性和可信度，多环槽磁流变减振器中，导磁环、导磁盘和缸筒采用的是电于纯铁DT4，线圈环套采用的是不锈钢1Crl3。为伎计算结果精确，本文采用非线性分析方法，查阅材料手册，通过DT4和1Crl3的磁化曲线(BH曲线)在ANSYS中定义材料的属性。2、网格划分 根撼磁路计算结果和多环槽磁流变减振器的结构要求初步设定基本设计参数值，包括磁路结构、工作空间、金属材料属性和磁流变液属性等。在此基础上，应用ANSYS前处理模块建立减振器于作部分的实体模掣，用ANSYS提供的网格划分于具对实体模型进行网格划分。自由网格划分是自动化程度最高的网格划分技术之一，对于具有复杂边界的几何模型而言，这种分网方法可以利用智能尺寸控制技术来控制网格的大小和疏密分布，本文选用自由网格划分法。设定智能单元尺寸控制等级为4，该等级可以满足本文计算精度要求。减振器的有限元模掣如图3所示。整个有限元模型共计422个8节点元。3、加载求解 以有限元模型的外边界线JJn载磁通量平行边界条件，给励磁线圈加载直流励磁电流I。选择线圈单元，在该单元上施加电流密度作为激励载荷。线圈单元的截面尺寸受结构尺寸限制，具体参数如下： L=35mm，w=4mm； 通过理论计算确定励磁线圈匝数为251匝，此处取整N=250匝； 由公式=NI/(L*w)计算励磁线圈截面上的电流密度，单位为A／m2。 利用ANSYS进行求解运算，在ANSYS的后处理模块中获得求解结果。4、分析仿真结果 由于本文中采用的是非线性分析方法，所以励磁电流的大小对仿真结果有直接影响。励磁电流I大小分别取0.5A、1A进行仿真。磁力分布情况分刖如图1(a)、图1(b)所示：

图1 不同励磁电流对磁力线分布的影响

在励磁电流为lA时阻尼通道的磁场强度叫显大于0．5A，而线图环套中的磁场分布无明显变化，说明在增大电流的情况下，线同环套中的磁场已接近或者达到饱和状态，此时随着电流的增大有效漏磁叫显增大，由此可见增大励磁电流可以叫显增加阻尼通道中的磁感应强度。世是电流不能无限制的增大，随着电流的增加线同的发热量将叫显增大，而温度升高将会对磁流变液的特性产生不利影响。除此之外，0.5A和1A的励磁电流下，通过线同环套的无效漏磁大于通过阻尼通道的有效漏磁，仿真结果显示无法满足缝隙磁通势占总磁通势的80％以上的设计要求。以上分析说叫线同环套的磁场特性对整个磁路分布影响很大，本文认为线同环套选用1Crl3会产生很大的无效漏磁。所以本文选用磁导率更低的黄铜作为线同环套的材料，进行了对比仿真分析。

黄铜的相对磁导率略小于1，本文近似取l重新定义了材料属性。同样给励磁线图加载1A的直流励磁励磁电流，利用ANSYS进行求解运算，在ANSYS的后处理模块中获得求解结果，磁力线图分布如图2(b)所示。由图2可见，线图环套的材料为黄铜的情况下，通过阻尼通道的磁力线分布明显增多。由以上仿真结果分析：虽然1Crl3是一种磁导率很低的不锈钢，世是相对于磁导率更低的磁流变液，其磁阻不足以忽略不计，所以理论计算产生了较大的误差。由此可见，线图环套应选用磁导率更低的材料，才能满足设计要求。

图2 不同材料线圈环套对磁力线分布的影响

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