磁性和非磁性材料組合轉子磁流變制動器的研究
MR流體是含有少量添加劑的基礎流體中微米尺寸的磁性顆粒的懸浮液。它們屬于智能流體類，在外部磁場的作用下具有從流體狀行為變為半固體行為的能力，并且這些變化是可逆的，在幾分之一秒内發生。
是以，MR流體可用于車輛和座椅減震器、制動器、閥門、離合器、發動機支架、密封件和地震振動控制以及機器人技術。
制動器由轉子，固定外殼，轉子和外殼之間填充的MR流體以及嵌入固定外殼中的電磁線圈組成。當直流電供應到電磁鐵線圈時，産生的磁場會增加MR流體的粘度，其屈服應力增加。這會導緻轉子盤旋轉的阻力，進而導緻制動扭矩的産生。
磁流變液在磁場作用下産生的剪切應力（τ）通常使用賓厄姆塑性模型表示，該模型給出了相當好的結果。
τ=τ(H)+μ⋅γ
那裡τ是特定磁場下的屈服應力，μ是屈服後粘度，γ是剪切速率，H是磁場強度。
盤式制動器中産生的制動力矩由公式
T=∫一個τ⋅r⋅dA=2πN∫Ri羅·奧(τ(H)+μ⋅γ˙)⋅r2⋅dr
其中dA是由外部磁場激勵的MR流體區域，R我和 Ro分别是轉子内半徑和外半徑，r是與轉子中心的徑向距離，N是與MR流體接觸的轉子表面數。
假設速度分布在整個MR流體厚度上呈線性，并考慮無滑移條件，剪切速率可以用公式近似計算，γ˙=ω⋅rg
遺傳算法是一種啟發式搜尋和優化技術，它模仿繁殖和自然選擇的生物過程來尋找全局解決方案。在這種優化方法中，在每次疊代中都會生成随機生成的候選個體的群體，其中包含給定問題的可能解決方案。每次疊代中的人口稱為生成。
總體中每個人的适應度值在每一代中進行評估，該值由優化的目标函數定義。選擇最佳解決方案，通過選擇、交叉和突變來形成新一代。重複此過程，直到獲得滿足目标函數的最佳解。
MR制動器的尺寸采用遺傳算法優化技術确定。洛德公司的MR油液MRF 132DG被選用于MR制動器的設計。該流體的粘度在0°C下測量為112.40 Pa s。
屈服應力變化和施加的磁場強度是通過曲線拟合實驗确定的不同磁場強度下的剪切應力與剪切速率曲線獲得的，并用公式表示，τ是p=−0.8239+0.3668×H−7×10−4×H2
使用公式計算的MRF 7 DG流體的屈服應力為20.06 kPa，對應于36 kA/m的磁場強度。設計變量是轉子盤的半徑和MR流體間隙的厚度。
目标函數是在轉子轉速為 45 rpm 且扭矩比等于 1000 時獲得 20 Nm 的扭矩。這個問題在MATLAB軟體中使用遺傳算法優化方法得到了解決。
MR制動器的電磁電路設計應旨在将磁場強度集中在轉子外圍的MR流體區域，這将導緻更高的力矩臂，進而産生更大的制動扭矩。
為了實作這一目标，轉子被修改為由磁性和非磁性材料組成。考慮了三種不同的轉子配置，分别由非磁性鋼制成的轉子下部的四分之一、一半和四分之三以及由磁性1020鋼制成的其餘部分組成。
對這三種配置進行了靜磁分析。MR制動器的軸對稱模型，圓盤的下半部分由非磁性鋼制成，圓盤的上半部分由AISI 1020鋼制成，即磁性材料如圖所示。
轉子外圍的磁通洩漏顯著減少，轉子外圍附近MR流體間隙處的磁通密度增加。這将增強MR制動器的扭矩。轉子外圍MR流體間隙的最大磁通密度為0.7284 T，比單磁材料轉子MR制動器的最大磁通密度高10%。
是以，通過使用磁性和非磁性材料的組合，轉子外圍的磁場強度和磁通密度顯着增加和集中。
本研究采用MATLAB軟體中的遺傳算法優化技術，确定了理想扭矩和扭矩比分别為45 Nm和20的最佳MR制動盤半徑和MR流體間隙厚度。
在ANSYS工作台軟體中，對帶有磁性材料轉子的MR制動器在不同幅度的電流下進行靜磁分析，以确定MR制動器中的磁場強度和磁通密度分布。
此外，對由磁性鋼和非磁性鋼組合材料組成的三種不同轉子配置對MR制動器進行了靜磁分析，目的是減少磁通洩漏并将磁場集中在轉子外圍的MR流體區域中。
與單磁材料轉子MR制動器在18 A外加電流下相比，磁鋼轉子上半部分的MR流體間隙中的磁場強度和磁通量分别提高了7.10%和2%。是以，采用磁性和非磁性鋼材料組合的MR制動器轉子外圍的MR流體區域中的磁通量大小和濃度顯着增加，進而提高了制動扭矩。
參考文獻
《應用科學雜志》
《智能材料結構》
《國際汽車技術雜志》
