Изилдөө магнит талаасы берилгенде катуулугу жана демпфирлөө касиеттери өзгөртүлө турган магнитореологиялык эластомерлерди (MRE) колдонуу аркылуу жөнгө салынуучу отургучтун титирөө изоляторун иштеп чыгууну максат кылат. Иш бир гана башкаруу алгоритмин сунуштабайт; MRE материалынын эксперименттик мүнөздөлүшүнөн баштап вискоэластикалык моделдөөнү, электромагниттик чынжырды долбоорлоону, чектүү элементтер менен текшерүүнү, көп тармактуу геометриялык оптималдаштырууну жана жарым-жартылай активдүү титирөөнү башкарууну бирдиктүү инженердик чынжырга бириктирет.

Изилдөөчүлөр көлөм боюнча %25 карбонил темир бөлүкчөлөрүн камтыган изотроптук MRE үлгүлөрүн даярдап, аларды жылышуу режиминде магнитореометр менен сынашкан. Магнит агымынын тыгыздыгы 0–0,6 T диапазонунда өзгөртүлүп; сактоо жана жоготуу модулдарынын жыштыкка жана магнит талаасына көз каранды жүрүм-туруму изилденген. Үч Maxwell бутагына жана жалпы жети параметрге ээ Generalized Maxwell модели (GM3) эксперименттик натыйжаларды көрсөтүү үчүн тандалган. Моделдин сактоо модулу боюнча текшерүү катасы %0,25–1,73, жоготуу модулу боюнча %0,70–8,11 диапазонунда калган.

Бул материалдык модель андан кийин электромагнити бар отургуч титирөө изоляторунун долбооруна колдонулган. Изолятордо MRE катмары жылышуу режиминде иштейт, ал эми электромагнитке берилген ток MREнин натыйжалуу катуулугун жана демпфирлөөсүн өзгөртөт. Аналитикалык магниттик чынжыр модели FEMM чектүү элемент жыйынтыктары менен салыштырылып; 1–3 A ток диапазонунда аналитикалык жана сандык магнит агымынын тыгыздыктарынын ортосундагы эң чоң айырма %6,23 болгон.

Он геометриялык долбоорлоо өзгөрмөсүн камтыган оптималдаштыруу маселеси табигый жыштыкты жөнгө салуу диапазонун кеңейтүү менен бирге жалпы масса, MREнин магниттик каныгуусу, физикалык өлчөмдөр, MRE калыңдыгы жана электромагниттин тогу сыяктуу чектөөлөрдү сактай тургандай түзүлгөн. SQP ар кандай баштапкы чекиттерде жергиликтүү оптимумдарга жеткени байкалгандыктан, генетикалык алгоритм менен SQPни бириктирген гибриддик GA–SQP ыкмасы колдонулган. Оптималдуу долбоор болжол менен 53 kg жалпы массада жана 3 A катушка тогунда MRE аймагында болжол менен 790 mT магнит агымынын тыгыздыгын түзөт.

Оптималдуу түзүлүш үчүн талаа өчүрүлгөндө табигый жыштык 5,40 Hz, талаа күйгүзүлгөндө 17,03 Hz деп эсептелген. Ошентип табигый жыштыкта 11,63 Hz абсолюттук жана булакта %215 деп берилген салыштырмалуу өсүш алынган. Төмөнүрөөк 0,6 T талаа үчүн ачык контур өткөрүмдүүлүк анализинде резонанс жыштыгы 5,40 Hzден 12,43 Hzге жылган.

Жарым-жартылай активдүү башкаруу симуляцияларында пассивдүү система, ON–OFF skyhook жана PID салыштырылган. 3–9 Hz диапазонундагы кокустук базалык титирөөдө RMS жылышуу пассивдүү системада 1,844 mm, ON–OFF башкарууда 1,138 mm жана PID башкарууда 0,739 mm болгон. 5 mm амплитудалуу жана 0,1 секундга созулган жарым синус сокку козголушунда тиешелүү маанилер 1,757 mm, 1,161 mm жана 0,555 mm болгон. Изилдөөдө колдонулган PID жөндөөлөрүндө PID эки симуляция сценарийинде тең эң төмөн RMS жылышуу жана ылдамдануу маанилерин берген.

Бул жыйынтыктардын маанилүү чеги бар: MRE материалы лабораторияда чыныгы үлгүлөр менен мүнөздөлгөнү менен, сунушталган толук өлчөмдөгү оптималдаштырылган отургуч изолятору физикалык прототип катары жасалып, чыныгы унаада же отургуч системасында сыноодон өткөрүлгөн эмес. Электромагниттик долбоор FEMM менен, жабык контур титирөөнү башкаруу болсо математикалык модель жана симуляция менен бааланган.

Түркия жагынан баалоо: Изилдөөнүн ыкмасы Түркиядагы кургактагы транспорт каражаттары, жумуш машиналары, тракторлор, оор коммерциялык унаалар, аскердик платформалар жана титирөөгө дуушар болгон оператор отургучтары үчүн жүргүзүлүп жаткан акылдуу асма изилдөөлөрүнө ылайыкташтырыла турган изилдөө алкагын сунуштайт. Айрыкча пассивдүү системалардын бир гана долбоордук жыштыкка байлануусунун ордуна магнит талаасы аркылуу табигый жыштыгын өзгөртө ала турган жарым-жартылай активдүү түзүлүш идеясы көңүл бурууга арзыйт. Бирок чыныгы жол профилдери, Түркиядагы унаа платформалары, катушканын узак мөөнөттүү ысышы, электр керектөөсү, механикалык чарчоо, адамдын комфорт стандарттары жана өндүрүш наркы бул изилдөөдө текшерилген эмес. Ошондуктан изилдөөнүн сандык көрсөткүчтөрү түздөн-түз жергиликтүү унаа отургучуна көчүрүлгөн талаа натыйжалуулугу катары кабыл алынбашы керек.

Магнитореологиялык эластомер деген эмне?

Магнитореологиялык эластомерлер магниттик бөлүкчөлөрдү эластомердик матрицанын ичине таратуу менен түзүлгөн акылдуу материалдар. Бул изилдөөдө эластомердик матрица катары Ecoflex 00-20 силикон резинасы, магниттик фаза катары орточо өлчөмү 3,9–5 µm болгон карбонил темир бөлүкчөлөрү колдонулган. Бөлүкчөлөрдүн көлөмдүк үлүшү %25.

MREлердин негизги артыкчылыгы — сырттан берилген магнит талаасы өзгөргөндө материалдын механикалык касиеттери да өзгөрө алат. Магниттик бөлүкчөлөр талаанын таасиринде бири-бири менен күчтүүрөөк магниттик өз ара аракеттенүүнү түзөт; мунун натыйжасында материалдын сактоо модулу, жоготуу модулу, эквиваленттүү катуулугу жана демпфирлөө мүнөздөмөлөрү өзгөрүшү мүмкүн.

Бул өзгөчөлүк туруктуу катуулуктагы классикалык резина изоляторлордон айырмаланып, системанын табигый жыштыгын иштөө маалында жөнгө салууга мүмкүндүк берет.

Эмне үчүн MRE магнитореологиялык суюктукка альтернатива боло алат?

Магнитореологиялык суюктуктар өтө тез жооп бере алганы менен, бөлүкчөлөрдүн чөгүшү, агып кетүү жана бөлүкчөлөрдү кайрадан бир тектүү бөлүштүрүү сыяктуу колдонуу көйгөйлөрүнө ээ. MREде бөлүкчөлөр катуу эластомердик матрицанын ичинде кармалгандыктан, бул көйгөйлөрдүн олуттуу бөлүгү жоюлат.

Изилдөөнүн максаты — MREнин ушул артыкчылыгын аз энергия талап кылган жарым-жартылай активдүү отургуч титирөөнү изоляциялоо системасына айландыруу.

MRE үлгүлөрү кантип даярдалган?

Даярдалган изотроптук MRE үлгүлөрү:

• 20 mm диаметри менен,
• 2,0 mm калыңдыкта,
• көлөм боюнча %25 ферромагниттик бөлүкчө камтыган

тегерек үлгүлөр.

Карбонил темир бөлүкчөлөрү Ecoflex 00-20 менен аралаштырылган, аралашма аралаштырылып газсыздандырылган, 3B басылган калыпка куюлуп, бөлмө температурасында 24 саат катырылган.

Материалды мүнөздөө кантип жүргүзүлгөн?

Үлгүлөр Discovery HR-3 магнитореометринде термелүүчү жылышуу кыймылы астында сыналган. Эксперименттер 20 °C температурада жүргүзүлүп, магнит агымынын тыгыздыгы 600 mTге чейин жогорулатылган.

Изилдөөдө кичине деформация аймагында калуу үчүн %0,1 чегинен төмөн деформация амплитудасы кабыл алынган. Мунун себеби жогорку деформацияларда толтургуч–толтургуч жана толтургуч–полимер тармактарынын бузулушуна байланыштуу Payne эффектинин пайда болушу жана материалдын сызыктуу вискоэластикалык божомолдон четтеши.

Изилдөөчүлөр бир нече изотроптук MRE үлгүсүн колдонушканын, ар бир өлчөөнү ар бир үлгү үчүн үч жолу кайталаганын жана берилген натыйжалар орточо маанилер экенин билдиришет. Үлгүлөрдүн ортосундагы өзгөрүү эске алгыс деңгээлде деп табылган. Бирок жалпы үлгү саны булакта көрсөтүлгөн эмес.

Generalized Maxwell модели эмне үчүн тандалган?

Kelvin–Voigt, Maxwell, Standard Linear Solid жана Generalized Maxwell сыяктуу классикалык феноменологиялык моделдер бааланган. Изилдөөчүлөр кеңири жыштык жана магнит талаасы диапазонунда тактык менен эсептөө чыгымынын ортосундагы эң ылайыктуу тең салмакты үч бутактуу Generalized Maxwell модели камсыз кыларын белгилешет.

Үч бутактуу моделде сактоо модулу жалпы түрдө:

\[ G' = a_1+ \sum \frac{a_{k+1}^{2}a_k\omega^2} {a_k^2+\omega^2a_{k+1}^2} \]

ал эми жоготуу модулу:

\[ G'' = \sum \frac{a_{k+1}a_k^2\omega} {a_k^2+\omega^2a_{k+1}^2} \]

түрүндөгү жыштыкка көз каранды байланыштар менен көрсөтүлөт.

GM3 модели жалпы жети параметрди камтыйт жана сактоо менен жоготуу модулдары үчүн \(R^2>0,93\) маанисин камсыз кылган.

Модель эксперименттик маалыматты канчалык жакшы болжолдоду?

Текшерүүдө колдонулган маалымат топтомдору моделдин параметрлерин аныктоодо колдонулбаган шарттардан тандалган. Изилдөөнүн 1-таблица жыйынтыктарына ылайык сактоо модулунун катасы %0,25–1,73, ал эми жоготуу модулунун катасы %0,70–8,11 аралыгында өзгөргөн.

1 Hz, 0,2 T жана %0,01 деформация амплитудасындагы чыңалуу–деформация гистерезис цикли да GM3 моделинин эксперименттик циклди жакын ээрчигенин көрсөтөт.

Сунушталган отургуч титирөө изолятору кантип иштейт?

Изолятор октук симметриялуу жана цилиндр формасындагы электромагниттик түзүлүш катары долбоорлонгон. Ичи көңдөй цилиндрдик MREнин ички айланма бети кыймылдуу отургуч рамасына, тышкы бети болсо туруктуу электромагнит корпусуна туташат.

Отургуч рамасы өйдө–ылдый кыймылдаганда MRE катмары жылышуу деформациясына учурайт. Электромагнитке берилген ток өзгөргөндө MRE ичиндеги магнит агымынын тыгыздыгы өзгөрөт; ошентип MREнин натыйжалуу катуулугу жана демпфирлөөсү жөнгө салынат.

Булактын 8-бетиндеги кесилиш схемасы MRE катмарынын отургуч рамасы, катушкалар, электромагниттин негизи жана кыймылды чектегичтин ортосунда кандай жайгашканын көрсөтөт. 9-беттеги үч өлчөмдүү кесилиш жана жардырылган көрүнүш болсо түзүлүштүн отургуч рамасы, MRE, stroke stopper, bobbin, winding coils жана base компоненттерин өз-өзүнчө көрсөтөт.

Кайсы материалдар колдонулган?

Отургуч рамасынын үстүңкү бөлүгү жана катушка кармагычы магниттик эмес Алюминий 6061-T6 катары тандалган. Бул материал магнит агымынын каалабаган аймактарда айланышын азайтуу үчүн колдонулат.

Магнит агымын алып жүргөн негиз жана отургуч рамасынын төмөнкү бөлүгү болсо аз көмүртектүү 1020 болот катары моделденген.

Катушкаларда болжол менен 1,0237 mm диаметри бар 18 AWG зымы колдонулуп, ашыкча ысып кетүүнү болтурбоо үчүн максималдуу ток 3 A менен чектелген.

Магниттик чынжыр кантип моделденген?

Аналитикалык ыкма Ampère мыйзамына жана магнит агымынын сакталуусуна негизделген:

\[ NI=\sum H_i l_i \]

жана:

\[ \Phi=B_i A_i \]

Магниттик каныгуудан мурда:

\[ B_i=\mu_0\mu_rH_i \]

байланышы колдонулат.

Магниттик жол сегиз өзүнчө туташууга бөлүнүп, ар бир туташуунун натыйжалуу узундугу жана кесилиш аянты геометрия параметрлери боюнча эсептелген.

Аналитикалык магниттик модель FEMM менен канчалык дал келди?

Аналитикалык модель агымдын агып кетүүсү, четки чачыроо жана мейкиндиктеги талаанын бир тексиздиги сыяктуу таасирлерди эске албагандыктан магнит талаасын бир аз жогору баалайт. Ошондуктан жыйынтыктар FEMM 4.2 менен түзүлгөн 2B октук симметриялуу магнитостатикалык модель менен салыштырылган.

FEMM тору 12.015 түйүн жана 23.521 үч бурчтуу элементтен турат.

Эң чоң айырма 1 Aда %6,23 жана ток жогорулаган сайын эки модель бири-бирине жакындайт.

MREнин катуулугу жана демпфирлөөсү изолятор моделине кантип өткөрүлөт?

MREнин эквиваленттүү жылышуу катуулугу:

\[ k_{\mathrm{MRE}}= \frac{G'A_{\mathrm{MRE}}}{h_{\mathrm{MRE}}} \]

ал эми эквиваленттүү демпфирлөө коэффициенти:

\[ c_{\mathrm{MRE}}= \frac{G''A_{\mathrm{MRE}}} {\omega h_{\mathrm{MRE}}} \]

деп аныкталган.

MRE менен катар туруктуу 10 kN/m катуулуктагы сызыктуу пружина да бар. Бул пружина 80 kg жүк астында MREнин ашыкча статикалык жылышуу деформациясын азайтуу үчүн колдонулган.

Жалпы эквиваленттүү катуулук:

\[ k_{\mathrm{eqv}}=k_{\mathrm{MRE}}+k_c \]

жана табигый жыштык:

\[ \omega_n=\sqrt{\frac{k_{\mathrm{eqv}}}{m}} \]

деп эсептелген.

Оптималдаштыруунун максаты эмне болгон?

Оптималдаштыруунун негизги максаты магнит талаасы өчүрүлгөн жана күйгүзүлгөн абалдардын ортосундагы табигый жыштыктын айырмасын мүмкүн болушунча чоңойтуу болгон. Изилдөөнүн максат функциясы:

\[ f= \frac{\omega_{n,\mathrm{field-off}}} {\omega_{n,\mathrm{field-on}}} \]

түрүндө аныкталып, минималдаштырылган. Ошентип бөлүүчүнүн, башкача айтканда талаа күйгүзүлгөн абалдагы табигый жыштыктын талаа өчүрүлгөн абалга салыштырмалуу мүмкүн болушунча жогорулашы көздөлгөн.

Оптималдаштырууда он геометриялык өзгөрмө колдонулган:

\[ X=[F,H',G,E,M,Z,Q,W,J,T] \]

жана төмөнкү негизги чектөөлөр коюлган:

• Изолятордун жалпы массасы ≤ 55 kg,
• MRE ичиндеги магнит агымынын тыгыздыгы ≤ 0,8 T,
• Радиус ≤ 130 mm,
• Жалпы бийиктик ≤ 205 mm,
• MRE калыңдыгы ≥ 10 mm,
• Механикалык кыймыл үчүн кеминде 15 mm бош мейкиндик,
• Максималдуу катушка тогу = 3 A.

Эмне үчүн жалгыз SQP колдонулган эмес?

Кезектешкен квадраттык программалоо (SQP) үч ар башка баштапкы чекиттен иштетилгенде ар башка чечимдерге жакындаган. Изилдөөнүн 17-бетиндеги 15-сүрөт төмөнкү чек, жогорку чек жана орточо баштапкы векторлор ар башка максат функциясынын маанилеринде токтогонун көрсөтөт.

Изилдөөчүлөр муну маселенин сызыктуу эмес жана бир нече жергиликтүү оптимумду камтыган түзүлүшүнүн белгиси катары баалашкан. Ошондуктан генетикалык алгоритм адегенде глобалдык оптимум аймагын издеп, андан кийин GA тапкан оптимумга жакын чечим SQPге баштапкы чекит катары берилип, жергиликтүү жакшыртуу жүргүзүлгөн.

GA–SQP кайсы геометрияны тапты?

Оптималдаштырылган максат функциясы болжол менен 0,31 деп берилген.

Оптималдуу долбоордун физикалык өзгөчөлүктөрү кандай болду?

• MREнин натыйжалуу жылышуу аянты: 72 cm²,
• MRE калыңдыгы: 10 mm,
• \(A_{\mathrm{MRE}}/h_{\mathrm{MRE}}\): 72 cm,
• Жалпы масса: болжол менен 53 kg,
• Бийиктик: 196,9 mm,
• Радиус: 126,9 mm,
• Катушка оромдорунун саны: 1977,
• 3 Aда MRE магнит агымынын тыгыздыгы: болжол менен 790 mT.

MRE калыңдыгы оптималдуу чечимде уруксат берилген төмөнкү чек болгон 10 mmге жакындаган. Изилдөөчүлөр MREнин аба ажырымы чоңойгон сайын MRE ичиндеги магнит агымынын тыгыздыгы төмөндөп, талаа күйгүзүлгөн абалдагы табигый жыштыкка терс таасир берерин белгилешет.

Табигый жыштык канчалык өзгөртүлдү?

Оптималдуу долбоордо:

Булак бул өзгөрүүнү 11,63 Hz абсолюттук жана %215 салыштырмалуу табигый жыштык өсүшү катары билдирет.

Изолятордун массасы эмне үчүн маанилүү?

Пост-оптималдык анализде жалпы масса чеги 40, 45, 50 жана 55 kg сыяктуу ар башка деңгээлдерде кайра оптималдаштырылган.

40 kg жогорку чекте талаа күйгүзүлгөн/өчүрүлгөн жыштык катышы болжол менен 2,35 болсо, 55 kg чекте болжол менен 3,17-ге чыгат. Изилдөөчүлөр бул жыштык катышында болжол менен %34 жакшыртууга жана салыштырмалуу жыштык жылышында болжол менен %59 өсүшкө туура келерин белгилешет.

Бирок 60 kgга чейин көбөйтүлгөндө жыштык катышында олуттуу кошумча пайда болбойт. Чоңураак түзүлүш көбүрөөк катушка оромдорун талап кылат жана болот өзөктүн эрте магниттик каныгуусу долбоордук пайдаларды чектеши мүмкүн.

Ачык контур өткөрүмдүүлүк анализи эмнени көрсөттү?

80 kg активдүү жүк жана 10 kN/m параллелдүү пружина үчүн база козголушунда титирөөнүн өткөрүмдүүлүгү:

\[ TR= \sqrt{ \frac{k_{\mathrm{isolator}}^2+\omega^2c_{\mathrm{isolator}}^2} {(k_{\mathrm{isolator}}-m\omega^2)^2+ (\omega c_{\mathrm{isolator}})^2} } \]

деп эсептелген.

Изилдөөнүн 20-бетиндеги 20-сүрөт магнит талаасы көбөйгөн сайын резонанс чокусу оңго, башкача айтканда жогорку жыштыктарга жылганын ачык көрсөтөт.

0–0,6 T диапазонунда резонанс жыштыгы 5,40 Hzден 12,43 Hzге, башкача айтканда болжол менен %130-га жогорулаган.

Болжол менен 7 Hz эмне үчүн критикалык чек?

0 T жана 0,6 T өткөрүмдүүлүк ийри сызыктары болжол менен 7 Hz аймагында кесилишет. Изилдөөгө ылайык, 7 Hzден төмөн козголууларда жогорку магнит талаасын колдонуу титирөө өткөрүмдүүлүгүн азайтышы мүмкүн, ал эми 7 Hzден жогору шарттарда талааны өчүрүү жакшыраак изоляция бере алат.

Бул өзгөчөлүк магнит талаасын үзгүлтүксүз өзгөртүү менен гана эмес, өтө жөнөкөй ON–OFF башкаруу логикасы менен да адаптивдүү жүрүм-турумга жетүүгө болорун көрсөтөт.

ON–OFF skyhook башкаруусу кантип иштейт?

Skyhook ыкмасында башкаруу чечими активдүү массаны абсолюттук ылдамдыгы менен базага салыштырмалуу ылдамдыгынын негизинде кабыл алынат:

\[ B_{\mathrm{MRE}}= \begin{cases} B_{\max}, & (\dot{x}-\dot{y})\dot{x}\geq0\\ B_{\min}, & (\dot{x}-\dot{y})\dot{x}<0 \end{cases} \]

Изилдөөдө:

• \(B_{\min}=0\) T,
• \(B_{\max}=0,6\) T

колдонулган.

Бул маанилер жөнгө салынуучу башкаруу коэффициенттери эмес, MRE системасынын физикалык OFF жана ON чектери.

PID башкаруусу активдүү күч жаратабы?

Жок. Изилдөөдөгү PID башкаруусу классикалык толук активдүү асма сыяктуу каалаган күчтү түздөн-түз өндүргөн актуаторго буйрук бербейт. PID чыгышы MREге берилүүчү магнит агымынын тыгыздыгына айландырылат.

Демек PID пассивдүү механикалык элементтин катуулугун жана демпфирлөө касиеттерин физикалык чектердин ичинде өзгөрткөн жарым-жартылай активдүү башкаруучу катары иштейт.

PID коэффициенттери кантип тандалган?

Изилдөөдө колдонулган акыркы маанилер:

• \(K_P = 86\,447\) T/mm,
• \(K_I = 347\,894\) T/(mm·s),
• \(K_D = 3923\) (T·s)/mm,
• туунду фильтр коэффициенти \(N = 22\) rad/s

деп билдирилген.

Авторлор бул коэффициенттер титирөө жообун жакшыртуу үчүн кадам-кадам жана эвристикалык түрдө жөндөлгөнүн, акыркы салыштыруу ушул конкреттүү tuning үчүн гана жарактуу экенин өзгөчө белгилешет.

Кокустук титирөөдө кайсы башкаруучу ийгиликтүүрөөк болду?

Кокустук базалык титирөө 3–9 Hz диапазонунда тилке менен чектелген ак ызы-чуу катары берилип, базанын жылышуусу болжол менен −2,5 менен +2,5 mmдин ортосунда кармалган.

Пассивдүү системага салыштырмалуу ON–OFF башкаруу RMS жылышууну болжол менен %38,3, PID болсо болжол менен %59,9 азайткан. PIDнин RMS жылышуусу ON–OFF башкарууга караганда болжол менен %35,1 төмөн болгон.

Башкаруу күчтөрү канча болду?

Кокустук титирөө сценарийинде абсолюттук максималдуу жарым-жартылай активдүү күч:

• ON–OFF skyhook: 480 N,
• PID: 340 N

деп эсептелген.

RMS башкаруу күчү ON–OFF ыкмасында 301 N, PIDде 190,5 N. Булак PIDнин RMS башкаруу аракетин болжол менен %36 азайтканын билдирет.

Сокку козголушу кантип моделденген?

Экинчи сценарийде базага:

• 5 mm амплитудалуу,
• 0,1 секундга созулган,
• жарым синус формасындагы

bump/сокку берилген.

PID коэффициенттери өзгөртүлгөн эмес; кокустук титирөө тажрыйбасында колдонулган ошол эле маанилер сакталган.

Соккудагы жыйынтыктар кандай болду?

Пассивдүү системага салыштырмалуу ON–OFF башкаруу RMS жылышууну %33,9, PID болсо %68,4 азайткан. PID ошондой эле ON–OFF ыкмасына салыштырмалуу кошумча болжол менен %52,2 азайтуу камсыз кылган.

Соккудан кийин PID жообу термелүүлөрдү тезирээк басаңдаткандыктан, туруктануу убактысы да кыскараак көрүнөт.

Сокку учурунда талап кылынган күч канча болгон?

Сокку сценарийинде эсептелген абсолюттук максималдуу башкаруу күчтөрү:

• ON–OFF skyhook: 1970 N,
• PID: 440 N

деп берилген.

RMS башкаруу күчү ON–OFF башкарууда 345 N, PIDде 88,4 N. Ошентип PIDнин RMS башкаруу аракетиндеги азайышы булакта болжол менен %74 деп билдирилет.

ON–OFF башкаруунун негизги көйгөйү эмне болгон?

ON–OFF skyhook түзүлүшү 0 жана 0,6 T ортосунда тез которулуп турат. Авторлор мындай жогорку ылдамдыктагы которулуу энергия жоготуусу жана жылуулук пайда болушу жагынан, өзгөчө жогорку жыштыктарда, көйгөй жаратышы мүмкүн экенин белгилешет.

Бирок изилдөөдө катушканын температурасы же электр керектөөсү түздөн-түз өлчөнгөн эмес, ошондуктан бул жагдай эксперименттик жылуулук текшерүүсүнүн жыйынтыгы эмес, башкаруу түзүлүшүнүн практикалык колдонулушуна байланышкан инженердик баалоо.

Изилдөө колдогон жыйынтыктар

• %25 карбонил темир камтыган изотроптук MREнин сактоо жана жоготуу модулдары берилген магнит талаасына жана жыштыкка жараша өзгөрөт.
• Үч бутактуу Generalized Maxwell модели каралган кичине деформация режиминде эксперименттик MRE жүрүм-турумун төмөн ката менен көрсөтө алган.
• Аналитикалык магниттик чынжыр модели 1–3 A диапазонунда FEMM жыйынтыктарынан эң көп %6,23 айырмаланган.
• GA–SQP оптималдаштыруусу белгиленген масса, өлчөм, магниттик каныгуу жана ток чектөөлөрүндө жөнгө салынуучу изолятор геометриясын түзгөн.
• Оптималдуу моделде магнит талаасын өзгөртүү аркылуу табигый жыштык 5,40 Hzден 17,03 Hzге көтөрүлгөн.
• 0–0,6 T ачык контур анализинде резонанс жыштыгы 5,40 Hzден 12,43 Hzге жылган.
• Колдонулган PID жөндөөлөрүндө PID башкаруусу кокустук жана сокку козголууларында пассивдүү жана ON–OFF ыкмаларынан төмөн RMS жылышуу жана ылдамдануу берген.
• PIDнин эсептелген RMS башкаруу күчү эки козголууда тең ON–OFF skyhook ыкмасынан төмөн болгон.

Изилдөө далилдебеген же текшербеген жыйынтыктар

• Оптималдаштырылган толук өлчөмдөгү отургуч изолятору физикалык прототипте ошол эле табигый жыштык диапазонун камсыз кылары эксперименттик түрдө тастыкталган эмес.
• Чыныгы автоунаада, жүк ташуучу унаада, трактордо, жумуш машинасында же жолсуз унаада жол сыноосу жүргүзүлгөн эмес.
• Адам катышуучуда комфорт, чарчоо же whole-body vibration көрсөткүчтөрү өлчөнгөн эмес.
• MREнин узак мөөнөттүү чарчоосу жана механикалык туруктуулугу бааланган эмес.
• Катушка температурасы жана узак мөөнөттүү жылуулук туруктуулугу физикалык прототипте өлчөнгөн эмес.
• Чыныгы электр энергиясын керектөө эксперименттик түрдө салыштырылган эмес.
• PID бардык мүмкүн болгон коэффициенттер жана бардык тышкы козголууларда ON–OFF башкаруудан жогору экени көрсөтүлгөн эмес.
• Жылышуу деформациясы чоңойгон сызыктуу эмес Payne-эффекти аймагында GM3 тактыгы текшерилген эмес.
• Анизотроптук MRE түзүлүштөрү бул долбоордон жакшыраак же начарыраак иштей турганы аныкталган эмес.
• Сериялык өндүрүш наркы, кызмат мөөнөтү жана өнөр жай ишенимдүүлүгү бааланган эмес.

Изилдөөнүн Ыкмасы жана Жыйынтыктары

Изилдөө чынжыры

Эксперименттик материалды мүнөздөө

GM3 текшерүү жыйынтыгы

Магниттик моделди текшерүүнүн жыйынтыгы

Аналитикалык моделдин FEMMге салыштырмалуу айырмасы ток көбөйгөн сайын азайган. Аналитикалык жыйынтыктардын баары FEMM маанилеринен жогору; бул тенденция аналитикалык моделдин агымдын агып кетүүсүн жана fringing таасирин эске албаганына шайкеш.

Оптималдаштыруу жыйынтыгынын кыскача мазмуну

Кокустук титирөө башкаруусунун жыйынтыктары

PID изилдөө шарттарында RMS жылышууда да, RMS ылдамданууда да эң төмөн маанини берген.

Сокку башкаруусунун жыйынтыктары

Сокку козголушунда PIDнин пассивдүү системага салыштырмалуу RMS жылышууну азайтуусу булакта %68,4 деп билдирилген.

Башкаруу аракетин салыштыруу

Булакта колдонулган PID tuning шартында PID титирөө жообун гана эмес, эсептелген башкаруу күчүнө болгон талапты да ON–OFF skyhook ыкмасына салыштырмалуу азайткан.

Изилдөөнүн негизги методологиялык чектөөлөрү

• MRE материалы эксперименттик түрдө мүнөздөлгөн; толук оптималдаштырылган изолятор прототиби даярдалган эмес.
• Магниттик чынжырды текшерүү физикалык магнит өлчөөсү эмес, FEMM салыштыруусу.
• Башкаруу жыйынтыктары математикалык симуляцияга негизделет.
• Чыныгы жол профили жана унаа титирөө маалыматтары колдонулган эмес.
• Адам катышкан отургуч тажрыйбасы жүргүзүлгөн эмес.
• MRE модели кичине деформациялуу сызыктуу вискоэластикалык аймакта жарактуу.
• Жогорку деформациядагы Payne эффекти жана башка сызыктуу эмес жүрүм-турумдар камтылган эмес.
• Эксперименттик MRE үлгүлөрүнүн жалпы саны билдирилген эмес.
• PID коэффициенттери эвристикалык түрдө жөндөлгөн.
• Катушканын ысышы жана электр керектөөсү физикалык түзмөктө өлчөнгөн эмес.
• Узак мөөнөттүү чарчоо, циклдик өмүр жана материалдын карылыгы изилденген эмес.
• Авторлор прототиптөө, электромагнит корпусун өндүрүү, так катушка ороо жана анизотроптук MRE изилдөөлөрүн келечектеги иш катары көрсөтүшөт.

Булак жана Ыкма Жөнүндө Эскертүү

Толук оригиналдуу иштин аталышы: Modeling, Design Optimization and Control of a Practical Seat Vibration Isolator Featuring Magnetorheological Elastomer

Авторлор: Sina Tavassoli Naini, Alireza Moezi жана Ramin Sedaghati.

Жооптуу авторлор: Sina Tavassoli Naini жана Ramin Sedaghati.

Тең салым/тең биринчи авторлук: Булакта мындай билдирүү жок.

Мекемелер:

1. Department of Mechanical, Industrial and Aerospace Engineering, Concordia University, Montreal, Quebec, Canada.
2. Department of Bioresource Engineering, McGill University, Ste-Anne-de-Bellevue, Quebec, Canada.

Журнал: Actuators.

Басма: MDPI, Basel, Switzerland.

Библиографиялык маалымат: Actuators 2026, 15, 275.

DOI:10.3390/act15050275

Жарыяланган күнү: 18-май 2026. Иш 23-март 2026-жылы кабыл алынган, 11-май 2026-жылы кайра каралган жана 12-май 2026-жылы кабыл алынган.

Булак түрү жана рецензия макамы: Actuators журналында жарыяланган изилдөө макаласы. Булакта алынган, кайра каралган, кабыл алынган жана жарыяланган даталар ачык көрсөтүлгөн.

Лицензия: Creative Commons Attribution (CC BY).

Мурунку иш менен байланышы: Макала “Mechanical characterization and dynamic modeling of magnetorheological elastomers under shear mode” аттуу жана 25–28-март 2024 күндөрү Long Beach, Californiaдагы SPIE Smart Structures + Nondestructive Evaluation иш-чарасында сунушталган иштин олуттуу кайра каралган жана кеңейтилген версиясы.

Каржылоо: Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (NSERC) жана Concordia University Faculty Research Support (FRS) колдоосу көрсөтүлгөн.

Этика комитети: Колдонулбайт.

Маалымдалган макулдук: Колдонулбайт.

Маалыматтын жеткиликтүүлүгү: Авторлор иштин оригиналдуу салымдары макалада экенин жана кошумча суроолор жооптуу авторго жөнөтүлө аларын билдиришет.

Кызыкчылыктардын кагылышы: Авторлор кызыкчылыктардын кагылышы жок экенин билдиришет.

Авторлордун салымы: Концептуалдаштыруу Sina Tavassoli Naini жана Ramin Sedaghati; методология Sina Tavassoli Naini, Alireza Moezi жана Ramin Sedaghati; программалык камсыздоо Sina Tavassoli Naini; текшерүү Sina Tavassoli Naini жана Alireza Moezi; формалдуу анализ Sina Tavassoli Naini; изилдөө жана эксперименттер Sina Tavassoli Naini жана тиешелүү авторлоштор; жетекчилик, долбоорду башкаруу жана каржылоону алуу Ramin Sedaghati тарабынан жүргүзүлгөн.

Эксперименттик камтуу: MRE материал үлгүлөрү физикалык түрдө даярдалып, магнитореометрде сыналган. Ал эми сунушталган толук отургуч титирөө изоляторунун геометриясы, электромагниттик жүрүм-туруму жана башкаруу натыйжалуулугу аналитикалык, чектүү элемент жана симуляция ыкмалары менен бааланган.

Моделдөө чеги: GM3 модели кичине деформациялуу сызыктуу вискоэластикалык аймакта колдонулат. Чоң деформацияларда байкалган Payne эффекти жана башка сызыктуу эмес жүрүм-турумдар негизги башкаруу моделине киргизилген эмес.

Жыштык диапазону боюнча эскертүү: Материал эксперименттери бөлүмүндө жыштык сканы 1–20 Hz деп берилсе, модель параметрлерин аныктоо бөлүмүндө 0,1–20 Hz диапазону көрсөтүлгөн. Булак бул айырма боюнча өзүнчө түшүндүрмө бербейт.

Табигый жыштык жана резонанс боюнча эскертүү: Оптималдуу 3 A иштөө чекитинде болжол менен 0,79 T менен табигый жыштык 5,40 → 17,03 Hz деп билдирилет. Ачык контур өткөрүмдүүлүк изилдөөсү болсо 0–0,6 T диапазону менен чектелген жана бул диапазондо резонанс 5,40 → 12,43 Hz өзгөрөт. Бул эки жыйынтык ар башка магнит талаасы деңгээлдеринен алынган жана бири-биринин ордуна колдонулбашы керек.

Башкаруу чеги: PID коэффициенттери эвристикалык tuning менен тандалып, бардык билдирилген симуляцияларда туруктуу сакталган. Ошондуктан PIDнин билдирилген артыкчылыгы ушул конкреттүү модель, козголуу жана коэффициент жөндөөлөрүнө тиешелүү.

Өнөр жай колдонмосунун чеги: Изилдөө чыныгы унаа отургучун, адам катышуучусун, жол сыноосун, узак мөөнөттүү механикалык чарчоону, катушка температурасын же талаа ишенимдүүлүгүн өлчөөнү камтыбайт. Авторлор прототиптөө жана өндүрүштү келечектеги иш катары көрсөтүшөт.

Бул Verianla мазмунундагы илимий жыйынтыктар каралган изилдөөгө гана негизделет. Булакта жок эксперименттик натыйжалуулук, талаа ийгилиги же коммерциялык колдонуу жыйынтыгы кошулган эмес.