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摘要：阻尼器在现今的社会工作、居民生活、航天航空、交通运输、机械制造等方面发挥了广泛的用处，其主要的功用是由阻尼而引发的减振效果。在阻尼器中，最新的成果是磁流变阻尼器，这种阻尼器是一种新型的半主动控制设置，其最主要的运用在磁流变体的可逆流特性在强磁场下的快速装配。本文阐述了磁流变阻尼器在国内外的研究背景和研究现状。
关键词：磁流变阻尼器；背景；研究现状
1.研究背景
磁流变阻尼器是一种可以用于观光车和汽车上的一种减震器。其目前是国内外应用比较广泛的阻尼器之一，因为相对其余阻尼器而言，其具有结构非常简单、操作与控制及其方便、且具有无可比拟的响应速度等方面的优势受到生产厂商和工业领域的关注；尤其是在新型绿色能源与绿色工业背景下，磁流变阻尼器在功率消耗少、功率输出大、产污产废少等方面的优势，更是成为当前汽车行业、机械制造业以及传统的建筑行业的首选，得到了较快的发展。
磁流变阻尼器是一种现代化的由非传统减振材料（磁流变液等）制造的阻尼装置，其快速发展和应用使得其研究不断受到重视[1]。磁流变液等新型材料的应用，对半主动控制领域的技术研发和应用起到了重要的作用。磁流变液相比于其余材料，具有智能化的特点，在磁流变液中，主要的组成为微小的磁性颗粒，这些颗粒不具有导磁性、且分布规则。通过在对磁性颗粒添加外加剂，能较好的保障磁流液的悬浮稳定性[2]。在未加入磁场时，牛顿液体的特性是磁流变液的表现，其粘度与剪切率的乘积称为剪切应力；但在加入了磁场时，宾汉液体的特性却是磁流变液的表现，液体的粘滞力（粘度与剪切率的乘积称为粘滞力）与屈服应力两部分称为剪切应力，其中屈服应力由于磁场强度的上升而单调上升是流变特性的改变表现，但是液体的粘度保持不变。当加入的磁场涉及到其中的一个临界值时，阻尼器的磁流变液运动的方向不发生紊乱和变化，但是当去掉所加入的磁场时，它会恢复到原来的状态。传统减振器具有不可进行可控制的调节的缺点，其需要取决于弹簧的刚度和减振对象的相对速度是减振器的弹簧力与阻尼力[3]。凭应有的经验进行的减振器设计，不能兼有各种情况的发生，所以其减振作用效果非常差。磁流变阻尼器的出现较好的克服这一不可控制的调节缺点，是半主动控制减振器中的主要代表，其通过额外附加的磁场改变阻尼液的剪切应力，在这样的状态下，磁流阻尼器就有了自动调节功能，使得其减振的刚度和力度都显现出更好地效果。
为了进一步了解磁流变阻尼器，将磁流变阻尼器应用于实际生产建设，从原理上剖析磁流变阻尼器的动力机理、从特性上分析磁流变阻尼器的工作特性，并结合相关的设计和应用理念，将其应用于行业某领域，是及其迫切的需要，而这也是本文研究的主要内容。
2.国内外研究现状
2.1 磁流变阻尼器的原理与模型研究现状
磁流变现象由国外学者Rainbow在试验中发现，该学着根据发现的磁流变现象经过多次试验，最终发明了能很好地表现磁流变现象的磁流变液。初始制造的磁流变液流动特性不显著，经过Rainbow的进一步研究，发现磁流变液的流动特性与粘度成正比例的关系[4]。在80年代后，学界认识到磁流变液的在剪切屈服上存在诸多的问题，尤其是强度无法增强，进而开始了针对改良磁流变液的研究。由于具有重量小、能耗低、结构单一、阻尼力较大、动态范围遍布广、反响较高、适应面过大等特点这一阻尼器，特别是最佳阻尼力是由系统的振动特性所产生的，目前已经在各个领域进行了较为广泛的应用，现已成为热门课题之一的国际研究。
我国研究磁流变液的时间相比于国外较晚，在上世纪90年代末期，才开始有相关的大学展开研究。从第二届全国性关于磁流的会议上，不少针对磁流变液的报告和论文被披露。如许飞鸿等（2016年）在研究多级线圈磁流变阻尼器的磁路理论的基础上，基于通用有限元软件建立了多级线圈磁流变阻尼器，并论证了其精度和能力消耗效果，结果表明多级线圈磁流变阻尼器具有很好的精度和能量消耗率。目前来看，虽然开始较晚，从原理上和力学分析上，我国在磁流变阻器领域已经进行了较为深刻的研究，这对将磁流变阻尼器应用于实际生产生活提供了重要的科技支撑。
国外基本上是从上世纪的80年代以来开始研究的，国外的一些科研机构相继都研发的相关的磁流器件与系统，产生了磁流变阻尼器所对应的不同对象。
在磁流变阻尼器的开发和应用方面，美国著名的Lord公司和理工科大学如宾夕法尼亚大学等大学和研究单位在这方面进行了广泛的研究，其研究成果在桥梁、工程建设、机械制造甚至是生活用品用具和军事上都得到了广泛的应用。美国马里兰大学基于磁流变阻器，将其应用于航天行业，在全世界处于领先水平。同时，美国的马里兰大学进过广泛的研究和探讨，研究出了具有充气结构的磁流变阻器。但是它所设计的阻尼器采用的流动工作方式，单一筒的结构，以便提高磁路的导磁率是由工作采用低碳钢来制造的，采用软磁材料作为主要的制造材料，并在活塞内部安装线圈，隔离补偿气体是以在工作缸的内部采用浮动活塞的，其中阻尼力的变化范围是350-1500N。此外，德国Saarland大学的学者也对磁流变阻器进行了研发，设计出了具有独特特征的磁流变阻器。通过对其所设计的磁流变阻器的测试，研究人员发现磁流变阻器的行程对磁流变阻器的阻尼力的影响是具有一定范围的。当其范围达到一定的程度后，磁流阻尼器中的控制阀中的压力损失受剪切力的影响将逐渐降低，在这个时候，影响磁流变效应的是活塞速度。整体来看，针对磁流变阻器的研究，已经从其原理性能方面向设计和应用方面逐渐拓展，并在信息化的拓展应用上开始了评估和分析，构建了一系列的信息化的磁流变阻尼器。
2.2 磁流变阻尼器控制系统及其仿真的研究现状
磁流变阻尼器控制的系统的内容主要包括磁流变阻尼器的动力学模型和阻尼器控制器。通过构建数值模型，对磁流变阻器的应用效果，减振效果和阻尼效果进行评估与验证，能较好的评估和反映磁流变阻器的性能。这些模型包括有多方面的，有些模型由参数控制，有些模型由非参数控制，但都能对磁流变阻器的性能进行一定的评估。磁流变阻尼器的控制系统主要是靠通过外向的阻尼力，由控制系统通过靠拢等方式，条件输入磁流变阻器中的电压控制阻尼力的大小。现如今，Heaviside函数的方法，连续状态控制器，直接反函数方法，基于Sign函数的方法和神经网络控制器是磁流变阻尼器控制器部分的控制方法。控制系统仿真是指用计算机研究系统特性的一种方法，研究人员可以利用这一迅速、经济、科学有效的手段，进行控制系统的分析、计算、研究和综合及系统评价。目前比较常用的仿真手段有数值仿真和硬件在环仿真。通过数值仿真的方式进行磁流变阻器的效能和效率的研究，是当前研究的主要方法和方式。通过应用Matlab强大的数值仿真和计算功能，进行磁流变阻器的软件仿真应用，是当前研究磁流变阻器计算仿真的主要方式，在matlab中，不仅可以构建磁流变阻器的仿真模型，还可以构建其相应的控制模型，能对整个系统进行仿真模拟与分析。硬件在环（Hardware-in-the-Loop）是一种周期短，可重复性好、安全可靠的仿真方法。与数值仿真相比，物理实验仿真需要真正的开发相关的磁流变阻器的硬件，将硬件嵌入到仿真系统中，系统的其他部分就可以用数学模型来实现。仿真过程的实现，需要在数学模型输入参数，进而硬件对参数会产生响应，最后把参数输出到数学模型，形成硬件在环仿真系统。就该两种方法而言，数值仿真经济、高效，但是对模型准确性的依赖性很大，难以应用却不能准确建模的系统；硬件在环仿真非常有效，但是要借助于专业的仿真工具需要硬件的支持，成本的规格过高。因此，在实际应用中应该根据不同的情况，选择设计建模合适的仿真方法。
3 结语
本文主要内容是磁流变阻尼器的背景和国内外研究，了解其功能和作用以及优点，从模型研究和仿真方面进行探讨。
参考文献：
[1]胡时岳.机械振动与冲击测试技术[M].科学出版社，1983.
[2]韩国明，黄润华，张刚，等.机械振动、冲击与状态监测标准化工作的国内外进展[C]// 全国振动理论及应用学术会议.2007.
[3]W.H.Li，H.Du，N.Q.Guo.Dynamic behavior of MR suspensions at moderate flux densities.Materials Science and Engineering，2004，A371：9~15.
[4]S.R.Hong，S.B.Choi，Y.T.CHoi，et al.Non-dimensional analysis and design of a magnetorheological damper.Journal of Sound and Vibration，2005，288：847~863.
作者简介：
谭凌峰（1992年7月-），男，汉族，四川乐山，大学本科，工程师，研究方向：磁流变阻尼器背景与研究现状。