مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بررسی خصوصیات سیال مغناطیسی در داخل میراگر هیدرولیکی مغناطیسی به روش دینامیک ذره استهلاکی

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
گروه حرات و سیالات، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران
چکیده
میراگرهای هیدرولیکی مغناطیسی یکی از پرکاربردترین تجهیزات مکانیکی هستند که با استفاده از سیال مغناطیسی و سیم‌پیچ‌های الکتریکی در داخل خود به‌عنوان جذب‌کننده شوک‌های فیزیکی به‌کار می‌روند. در این مقاله برای اولین بار با استفاده از روش دینامیک ذره استهلاکی به‌عنوان یک روش مدل‌سازی در مقیاس مزو به مدل‌سازی میراگر هیدرولیکی مغناطیسی و سیال مغناطیسی داخل آن پرداخته شده است. اطلاعات از سه دسته از سیالات مغناطیسی با نام‌های تجاری ۱۲۲-ای جی، ۱۳۲-دی جی و ۱۴۰-سی جی مورد استفاده قرار گرفته‌اند و تاثیر خصوصیات فیزیکی آنها بر توان میراگری بررسی و مقایسه شده است. نتایج حاصل از مدل‌سازی نشان می‌دهد با افزایش نرخ برش سیال، تنش برشی ابتدا افزایش یافته سپس به مقدار ثابت میل می‌کند که با اعمال میدان مغناطیسی قوی‌تر تنش برشی بیشتری ایجاد می‌شود. همچنین مشاهده می‌شود با افزایش حداکثر سرعت پیستون و افزایش قدرت میدان مغناطیسی، حداکثر توان میراگری افزایش یافته که این افزایش در سیال ۱۴۰-سی جی نسبت به بقیه سیال‌ها بیشتر است. نتایج حاصل از تحلیل حساسیت نشان می‌دهد که وزن ذرات مغناطیسی و قدرت نیروی استهلاکی ذرات سیال بیشترین تاثیر را روی توان میراگری می‌گذارند، به‌صورتی که با افزایش وزن ذرات مغناطیسی و کاهش ضریب قدرت استهلاکی ذرات، تجمع ذرات مغناطیسی کاهش یافته و کیفیت میراگری افزایش پیدا می‌کند. همچنین مشخص شد سیال ۱۲۲-ای جی نسبت به دیگر انواع سیال مغناطیسی در تشکیل زنجیره‌های استاندارد ذرات مغناطیسی مناسب‌تر بوده و توزیع گرانروی مطلوب‌تری را برای میراگری ایجاد می‌کند.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Investigation of Magneto-Rheological Fluid Properties inside MR Damper by Use of Dissipative Particle Dynamics Method

نویسندگان English

M. Ghafarian Eidgahi Moghadam
M.M. Shahmardan
M. Norouzi
Heat & Fluid Department, Mechanical Engineering Faculty, Shahrood University of Technology, Shahrood, Iran
چکیده English

Magneto-rheological damper is one of the most widely used mechanical equipment, which absorbs mechanical shocks by use of magnetic fluid and electrical coil in its structure. In this paper, for the first time, dissipative particle dynamics as a mesoscopic scale modeling method was used to simulate a magneto-rheological damper and its magnetic fluid. Data from 3 categories including magnetic fluids with brand names 122-EG, 132-DJ, and 140-CG have been used and effect of their physical properties on power of damping force have been investigated. Results of modeling show that by increasing shear rate of fluid, shear stress is first increased and, then, it is applied to a constant value, which results in a greater shear stress by applying a stronger magnetic field. It is also observed that, with increasing both maximum piston velocity and strength of magnetic field, maximum power of damping force increased, which in 140-CG is higher than the other fluids. Results of sensitivity analysis show that weight of magnetic particles and strength of dissipative forces have the greatest effect on damping force, in such a way that by increasing weight of magnetic particles and decreasing the dissipative force of particles, accumulation of magnetic particles decrease, so, increasing quality of damping. It was also found that 122-EG is more suitable than other types of magnetic fluids in forming standard magnetic particle chains, and provides a more favorable viscosity distribution for damping.

کلیدواژه‌ها English

Magneto-Rheological Damper
Dissipative Particle Dynamics
Magnetic Fluid
Damping Force
Ginder JM, Davis LC, Elie LD. Rheology of magnetorheological fluids: Models and measurements. International Journal of Modern Physics B. 1996;10(23-24):3293-3303. [Link] [DOI:10.1142/S0217979296001744]
Rosensweig RE. Directions in ferrohydrodynamics. Journal of Applied Physics. 1985;57(8):4259-4264. [Link] [DOI:10.1063/1.334579]
Nguyen QH, Choi SB. Optimal design of MR shock absorber and application to vehicle suspension. Smart materials and Structures. 2009;18(3):035012. [Link] [DOI:10.1088/0964-1726/18/3/035012]
Ko JM, Zheng G, Chen ZQ, Ni YQ. Field vibration tests of bridge stay cables incorporated with magnetorheological (MR) dampers. SPIE's 9th Annual International Symposium on Smart Structures and Materials, 17-21 March, 2002, San Diego, California, United States. San Diego: SPIE Publication; 2002. [Link]
Li HN, Li XL. Experiment and analysis of torsional seismic responses for asymmetric structures with semi-active control by MR dampers. Smart Materials and Structures. 2009;18(7):075007. [Link] [DOI:10.1088/0964-1726/18/7/075007]
Li H, Wang J, Song G, Li LY. An input-to-state stabilizing control approach for non-linear structures under strong ground motions. Structural Control and Health Monitoring. 2011;18(2):227-240. [Link] [DOI:10.1002/stc.370]
Das M, Jain VK, Ghoshdastidar PS. Computational fluid dynamics simulation and experimental investigations into the magnetic-field-assisted nano-finishing process. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers Part B Journal of Engineering Manufacture. 2012;226(7):1143-1158. [Link] [DOI:10.1177/0954405412440230]
Dong Sh, Lu KQ, Sun JQ, Rudolph K. A prototype rehabilitation device with variable resistance and joint motion control. Medical Engineering and Physics. 2006;28(4):348-355. [Link] [DOI:10.1016/j.medengphy.2005.06.005]
Crews JH, Mattson MG, Buckner GD. Multi-objective control optimization for semi-active vehicle suspensions. Journal of Sound and Vibration. 2011;330(23):5502-5516. [Link] [DOI:10.1016/j.jsv.2011.05.036]
Xia PQ. An inverse model of MR damper using optimal neural network and system identification. Journal of Sound and Vibration. 2003;266(5):1009-1023. [Link] [DOI:10.1016/S0022-460X(02)01408-6]
Eltantawie MA. Forward and inverse fuzzy magnetorheological damper models for control purposes. ICGST-ACSE Journal. 2010;10(1):1-9. [Link]
Ericksen EO, Gordaninejad F. A magneto-rheological fluid shock absorber for an off-road motorcycle. International Journal of Vehicle Design. 2003;33(1-3):139-152. [Link] [DOI:10.1504/IJVD.2003.003574]
Wereley NM, Pang L. Nondimensional analysis of semi-active electrorheological and magnetorheological dampers using approximate parallel plate models. Smart Materials and Structures. 1998;7(5):732-743. [Link] [DOI:10.1088/0964-1726/7/5/015]
Dominguez A, Sedaghati R, Stiharu I. Modeling and application of MR dampers in semi-adaptive structures. Computers and Structures. 2008;86(3-5):407-415. [Link] [DOI:10.1016/j.compstruc.2007.02.010]
Bai XX, Wang DH, Fu H. Principle, modeling, and testing of an annular-radial-duct magnetorheological damper. Sensors and Actuators A Physical. 2013;201:302-309. [Link] [DOI:10.1016/j.sna.2013.07.028]
Yazid IIM, Mazlan SA, Kikuchi T, Zamzuri H, Imaduddin F. Design of magnetorheological damper with a combination of shear and squeeze modes. Materials and Design (1980-2015). 2014;54:87-95. [Link] [DOI:10.1016/j.matdes.2013.07.090]
Sternberg A, Zemp R, De La Llera JC. Multiphysics behavior of a magneto-rheological damper and experimental validation. Engineering Structures. 2014;69:194-205. [Link] [DOI:10.1016/j.engstruct.2014.03.016]
Prabakar RS, Sujatha C, Narayanan S. Response of a quarter car model with optimal magnetorheological damper parameters. Journal of Sound and Vibration. 2013;332(9):2191-2206. [Link] [DOI:10.1016/j.jsv.2012.08.021]
Fujitani H, Sodeyama H, Tomura T, Hiwatashi T, Shiozaka Y, Hata K, et al. Development of 400KN magnetorhelogical damper for a real base isolated building. Smart Structures and Materials, Conference, 2-6 March, 2003, San Diego, California, United States. Hamburg: GINTEM Publication; 2003. [Link]
Rivet JP, Boon JP. Lattice Gas Hydrodynamics. 1st Edition. Cambridge: Cambridge University Press; 2001. pp. 112-124. [Link] [DOI:10.1017/CBO9780511524707]
Chopard B, Droz M. Cellular automata modeling of physical systems. 1st Edition. Cambridge: Cambridge University Press; 1998. pp. 98-121. [Link] [DOI:10.1017/CBO9780511549755]
Hoogerbrugge PJ, Koelman JMVA. Simulating microscopic hydrodynamic phenomena with dissipative particle dynamics. Europhysics Letters. 1992;19(3):155-160. [Link] [DOI:10.1209/0295-5075/19/3/001]
Espanol P, Warren P. Statistical mechanics of dissipative particle dynamics. Europhysics Letters. 1995;30(4):191-196. [Link] [DOI:10.1209/0295-5075/30/4/001]
Satoh A, Majima T. Comparison between theoretical values and simulation results of viscosity for the dissipative particle dynamics method. Journal of Colloid and Interface Science. 2005;283(1):251-266. [Link] [DOI:10.1016/j.jcis.2004.09.050]
Satoh A. Introduction to molecular-microsimulation of colloidal dispersions. 1st Edition. 17th Volume. Amsterdam: Elsevier; 2003. pp. 34-65 [Link]
Koelman JMVA, Hoogerbrugge PJ. Dynamic simulations of hard-sphere suspensions under steady shear. Europhysics Letters. 1993;21(3):363-368. [Link] [DOI:10.1209/0295-5075/21/3/018]
Irving JH, Kirkwood JG. The statistical mechanical theory of transport processes. IV. The equations of hydrodynamics. The Journal of Chemical Physics. 1950;18(6):817-829. [Link] [DOI:10.1063/1.1747782]
Yang Z, Wang H, Han X, Fang W. Damping force of MR damper analysis and experimental. International Conference on Electronic & Mechanical Engineering and Information Technology, 12-14 August, 2011, Harbin, China. Piscataway: IEEE; 2011. [Link] [DOI:10.1109/EMEIT.2011.6023614]