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专利号: 2022112082153
申请人: 浙江工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-08-06
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种建立描述磁流变阻尼器磁滞行为的新参数模型的方法,其特征在于,包括如下步骤:

1)将磁流变液的滞回曲线分为四个主要特性,即粘性、弹性、应变软化及应变硬化特性;其中前两种特征:粘度和弹性,分别用相对于剪切速率和剪切应变的表达式来表示,而其他两种成分用微分算子表示;故其元器件表示如下:粘度和弹性表现为弹簧和缓冲器的并联;应变软化和应变硬化现象通过微分算子同时相对于应变和速率来进行模拟;因此,所提出的参数模型是弹簧、缓冲器和微分算子的并联组合;

1.1)参数模型的表达式详细描述如下:

其中τ、γ和 分别是剪切应力、剪切应变和剪切速率;c和k分别表示粘度和弹性参数;ε是滞后算子的系数;z是滞后微分算子;

1.2)其滞后微分算子由以下表达式描述:

其中 是z的时间导数;α、β和δ是控制滞回曲线一般形状和尺度的参数;

1.3)为了通过所提出的模型准确捕捉磁流变液的滞后响应,应确定六个参数,如下所示:∩=[α,β,δ,ε,c,k]

1.4)采用欧拉方法求解中间变量z;其表达式详细描述如下:2

其中Δt是采样两个数据点之间经过的时间;o(Δt)是高阶无穷小量;

2)根据磁流变液的应力‑应变响应对所提出的模型进行参数识别;

2.1)利用测试数据与模型建模结果之间的均方根误差RMSE作为适应度函数进行参数优化,其目标函数如下所示:其中ε是模型中的参数;N是滞后曲线中测试数据的数量; 是实验测试值;其中适应度函数obj(ε)的值越小,其所得参数结果就越好;采用minfit(∩)作为优化问题的目标函数;

2.2)利用遗传算法的鲁棒性,来求解优化问题,其步骤如下:

2.2.1)读取数据:剪切应力、剪切应变和剪切速率;

2.2.2)定义问题和遗传算法参数:确定适应度函数并设置染色体数N,交叉率pc,变异概率pm,有限迭代次数X;

2.2.3)确定模型参数∩并初始化模型参数值∩=[α,β,δ,ε,c,k];

2.2.4)为每个模型参数初始化一组染色体;

2.2.5)使用适应度函数值对每条染色体进行评估,并与前一条进行比较;

2.2.6)根据染色体的适应度对染色体进行排序,并使用轮盘赌法选择新的种群;

2.2.7)通过交叉和突变行为来更新染色体;

2.2.8)评估新染色体并检查是否满足停止标准,如果满足停止条件或迭代次数高于限制迭代次数,则报告最佳染色体作为解并输出最优模型参数;否则,返回步骤2.2.5);

3)在进行完参数识别之后,将模型预测数据与实验测试数据进行比较,同时将所述参数模型与经典参数模型进行了比较,以验证所提出模型的精确度以及合理性;

4)通过调节参数大小测试得到六个参数对磁滞曲线的影响,其中参数α和ε越大,其磁滞曲线所围的面积也越大;参数β越低,获得的应力峰值将越大,表明等效刚度随着参数值的增加而减小;对于参数δ,其等效刚度和封闭磁滞回线的面积都随着参数的增大而减小;

对于参数c,其值越大,得到的磁滞曲线的面积越大,参数c=‑1000时会发生应变硬化现象;

而通过增加k的值可获得更高的等效刚度;而且所有滞后曲线都在剪应变为0的两个位置相交,在这些位置的两侧,刚度以及k的值是不同的:在从0到10%和0到‑10%的应变范围内,顺时针路径中的刚度随着k的增加而增加;然而,在‑10%到0和10%到0的应变范围内,刚度随着k的降低而降低;

5)对参数进行参数泛化,即提出模型参数与施加电流之间的关系;在相同的应变幅值及频率条件下,分别测试不同的电流输入下的参数值,得到参数α和δ随着外加电流的增加而单调减小,参数ε和k随着外加电流的增加单调增加,参数β和c与电流呈二次关系。