1. 本课题研究的目的及意义

设计一种新型的磁流变减振器，从结构和磁场等方面进行设计，并进行相关校核，使减振器具有磁流变液用量小、阻尼大、低频时阻尼大的性能，不仅能改善车辆的平顺性，也能控制车辆的操纵稳定性。本设计重点进行磁流变减振器的磁路设计和优化，利用有限元软件ANSYS建立磁场有限元模型，采用有限元法进行磁-流耦合的仿真分析，求解磁场强度与磁流变液减振器主要设计参数和控制参数（激励电流和线圈匝数）之间的简化数学模型，为这种新型减振器的设计打下基础。

二、国外研究概况

旋转式磁流变减振器结构形式多为鼓式、盘片式，工作模式多为剪切式，基于此ALIREZA FARJOUD^[1]等人应用 Herschel–Bulkley 模型建立了鼓式磁流变制动器的数学模型。新加坡南洋理工大学的 W. H. Li and H. Du^[2]对一种典型磁流变制动器进行了设计和实验研究，他们分析讨论了该制动器的工作原理，得出了传递扭矩的方程，应用有限元方法分析了其电磁特性，结合实验得出了磁场和转速对传递扭矩的影响，随着转速和磁场强度的增加传递扭矩增大。

Y. Shiao and Q.-A. Nguyen^[3]等人设计并制备了一种应用于自行车训练设备的多磁级式的磁流变减振器，并且进行力学性能试验，得出级数越多所得到的扭矩越大，得到的最大扭矩是 20Nm-30Nm 之间。Choi^[4]等人分析了平板型、旋转鼓型、旋转盘式这三种类型的磁流变扭转扭转器模型，为了得到与干摩擦扭转减振器相似的特性并研究了基于不同力学模型下的磁流变液剪切模式；基于 Bingham 塑性模型，Nguyen 和 Choi^[5]对一种磁流变扭转减振器进行了优化设计，通过仿真研究了这种扭转减振器的振动控制效果。新加坡国立大学的 wei Zhou、Chee-Meng Chew^[6]研究开发了一种结构简单、传递扭矩高的新型紧凑型双盘片MRB，两位学者使用 Bingham 模型作为扭矩计算模型，用有限元方法进行了磁路设计和结构尺寸优化，线圈在两盘片中间，共 8 个剪切区域，他们制作的器件外径 76mm 厚度 40mm，得到的最大扭矩 3.5Nm。越南的 Q H Nguyen 和韩国的 S B Choi^[7]等人通过考虑最大扭矩和有限空间来优化设计及选择磁流变刹车片的型式，他们分析了不同结构型式的刹车片形式，及针对线圈布置进行电磁仿真，得出了较优的结构型式；他们具体的对中型机车的盘式磁流变刹进行了优化设计，得到一种结构尺寸：半径 162mm，宽度 21mm，盘片厚 4mm，缝隙大小 0.82mm，总重 7kg，最大扭矩在 260Nm 左右。Jae-hoon Lee,Changwan Han^[8]研究了应用于无人机悬挂系统的扭转磁流变减振器，对其进行了结构设计优化和性能评价，该减振器具有指定的转矩容量、不饱和磁通密度和高的磁场强度，通过使用详细的三维有限元模型研究了密封位置与 MR 减振器的盖壳的曲率的作用，其在1.5A 通电电流下可产生 576.78N.m 的扭矩。

1987 年，Stanway 等人^[9]提出的基于结构参数的理想化力学模型 Bingham 模型，该模型具有简单的结构，明确的物理概念，所以常用于样件的结构设计和仿真分析，一般很少应用控制系统。

1991 年 Gamoto 等人^[10]基于电流变液的装置研究中对 Bingham 模型提出了改进，即在其前端串联一个线性弹簧，进而建立了包含 Bingham 模型的改进模型。Bouc-wen 模型是由 wen 提出的，该模型包了阻尼和刚度，且二者均是非线性的，可以很好地描述各种曲线，其缺点是在速度很小时、位移与速度二者同向时，不能准确地表述减振器的速度特性曲线。

1997 年，Spencer 等人^[11]对 Bouc-wen 模型进行修改，提出了现象模型，该模型可精确地表述减振器速度特性，但其中有 14 个未知参数需要识别，计算量大，时间长，对半主动控制十分不利。

三、国内研究概况

国内中国科学技术大学的王桦、龚兴龙^[12]等人对磁流变旋转减振器阻尼力矩的数值计算与结构设计进行研究，他们对外置盘片式、内置双筒式等几种结构的旋转式磁流变减振器进行了阻尼力矩的计算，研究了影响阻尼力矩的因素。哈尔滨工业大学的赵杰^[13]等人利用有限元方法对旋转式减振器进行优化，并根据优化结果设计了旋转式磁流变减振器，并对减振器的力学性能进行了实验分析。湖南科技大学的王修勇、孙洪鑫和湖南大学的陈政清^[14]设计了一种旋转剪切式磁流变液减振器并建立了其力学模型，并进行了实物制作。单慧勇、杨延荣、卫勇^[15]等人在理论上探讨了盘式磁流变液制动器的制动机理，并探讨了制动器设计中应注意的若干技术问题，导出了设计计算公式，为盘式磁流变制动器的设计奠定了理论基础。 蒋建东，梁锡昌，张博^[16]等人提出了一种适用于车辆的旋转式磁流变减振器，天津大学梁兴雨等人改进了现有的硅油式扭转减振器，并参考原有的专利设计了一种新型的磁流变扭转减振器。吉林大学毛阳，陈志勇，史文库^[17-18]等人改进了现有的离合器主从动盘式扭转减振器，设计了一种智能磁流变液双质量飞轮扭转减振器，并对设计的扭转减振器进行了仿真分析，通过与普通双质量飞轮对比分析，结果表明：磁流液双质量飞轮在工作中有着更好的性能。蒋建东^[19]等人研究了圆筒结构磁流变液离合器，对零部件的结构参数设计和强度校核作了重点阐述；潘存治^[20]等对圆盘式磁流变离合器的摩擦片等机械结构设计理论进行了分析研究；对双平板式磁流变离合器的研究者有哈尔滨工业大学孟维佳^[21]。重庆大学的董小闵、于建强^[22]等人设计的一种新型的磁流变液螺旋流动的旋转式磁流变减振器，此种减振器结构新颖，在有限的结构体积内产生较大的阻尼力矩。