磁性和非磁性材料组合转子磁流变制动器的研究
MR流体是含有少量添加剂的基础流体中微米尺寸的磁性颗粒的悬浮液。它们属于智能流体类，在外部磁场的作用下具有从流体状行为变为半固体行为的能力，并且这些变化是可逆的，在几分之一秒内发生。
因此，MR流体可用于车辆和座椅减震器、制动器、阀门、离合器、发动机支架、密封件和地震振动控制以及机器人技术。
制动器由转子，固定外壳，转子和外壳之间填充的MR流体以及嵌入固定外壳中的电磁线圈组成。当直流电供应到电磁铁线圈时，产生的磁场会增加MR流体的粘度，其屈服应力增加。这会导致转子盘旋转的阻力，从而导致制动扭矩的产生。
磁流变液在磁场作用下产生的剪切应力（τ）通常使用宾厄姆塑性模型表示，该模型给出了相当好的结果。
τ=τ(H)+μ⋅γ
那里τ是特定磁场下的屈服应力，μ是屈服后粘度，γ是剪切速率，H是磁场强度。
盘式制动器中产生的制动力矩由公式
T=∫一个τ⋅r⋅dA=2πN∫Ri罗·奥(τ(H)+μ⋅γ˙)⋅r2⋅dr
其中dA是由外部磁场激励的MR流体区域，R我和 Ro分别是转子内半径和外半径，r是与转子中心的径向距离，N是与MR流体接触的转子表面数。
假设速度分布在整个MR流体厚度上呈线性，并考虑无滑移条件，剪切速率可以用公式近似计算，γ˙=ω⋅rg
遗传算法是一种启发式搜索和优化技术，它模仿繁殖和自然选择的生物过程来寻找全局解决方案。在这种优化方法中，在每次迭代中都会生成随机生成的候选个体的群体，其中包含给定问题的可能解决方案。每次迭代中的人口称为生成。
总体中每个人的适应度值在每一代中进行评估，该值由优化的目标函数定义。选择最佳解决方案，通过选择、交叉和突变来形成新一代。重复此过程，直到获得满足目标函数的最佳解。
MR制动器的尺寸采用遗传算法优化技术确定。洛德公司的MR油液MRF 132DG被选用于MR制动器的设计。该流体的粘度在0°C下测量为112.40 Pa s。
屈服应力变化和施加的磁场强度是通过曲线拟合实验确定的不同磁场强度下的剪切应力与剪切速率曲线获得的，并用公式表示，τ是p=−0.8239+0.3668×H−7×10−4×H2
使用公式计算的MRF 7 DG流体的屈服应力为20.06 kPa，对应于36 kA/m的磁场强度。设计变量是转子盘的半径和MR流体间隙的厚度。
目标函数是在转子转速为 45 rpm 且扭矩比等于 1000 时获得 20 Nm 的扭矩。这个问题在MATLAB软件中使用遗传算法优化方法得到了解决。
MR制动器的电磁电路设计应旨在将磁场强度集中在转子外围的MR流体区域，这将导致更高的力矩臂，从而产生更大的制动扭矩。
为了实现这一目标，转子被修改为由磁性和非磁性材料组成。考虑了三种不同的转子配置，分别由非磁性钢制成的转子下部的四分之一、一半和四分之三以及由磁性1020钢制成的其余部分组成。
对这三种配置进行了静磁分析。MR制动器的轴对称模型，圆盘的下半部分由非磁性钢制成，圆盘的上半部分由AISI 1020钢制成，即磁性材料如图所示。
转子外围的磁通泄漏显著减少，转子外围附近MR流体间隙处的磁通密度增加。这将增强MR制动器的扭矩。转子外围MR流体间隙的最大磁通密度为0.7284 T，比单磁材料转子MR制动器的最大磁通密度高10%。
因此，通过使用磁性和非磁性材料的组合，转子外围的磁场强度和磁通密度显着增加和集中。
本研究采用MATLAB软件中的遗传算法优化技术，确定了理想扭矩和扭矩比分别为45 Nm和20的最佳MR制动盘半径和MR流体间隙厚度。
在ANSYS工作台软件中，对带有磁性材料转子的MR制动器在不同幅度的电流下进行静磁分析，以确定MR制动器中的磁场强度和磁通密度分布。
此外，对由磁性钢和非磁性钢组合材料组成的三种不同转子配置对MR制动器进行了静磁分析，目的是减少磁通泄漏并将磁场集中在转子外围的MR流体区域中。
与单磁材料转子MR制动器在18 A外加电流下相比，磁钢转子上半部分的MR流体间隙中的磁场强度和磁通量分别提高了7.10%和2%。因此，采用磁性和非磁性钢材料组合的MR制动器转子外围的MR流体区域中的磁通量大小和浓度显着增加，从而提高了制动扭矩。
参考文献
《应用科学杂志》
《智能材料结构》
《国际汽车技术杂志》
