Kısıtlı açılı dönel manyeto-reolojik damper tasarımı ve geometrik optimizasyonu

Abstract

Manyetoreolojik (MR) sıvı, bir taşıyıcı akışkan içerisine belirli oranda konmuş, mikron seviye boyuta sahip, mıknatıslanma özellikli katı taneciklerden oluşur. MR sıvının uygun bir manyetik alan altında aktifleştirilmesiyle, bu sıvıların görünür dinamik viskozitelerinde çok hızlı ve büyük artışlar olmaktadır. Kısıtlı açılı dönel (KAD) MR damper, kanat hareketiyle MR sıvıyı bir bölmeden diğer bölmeye transfer ederken, belirlenen lokasyonda MR sıvının manyetik alana maruz bırakıldığı sistemdir. KAD-MR damperin yüksek tork sönümü, düşük enerji tüketimi, akış özelliklerinin manyetik alanla kontrol edilebilmesi ve kompakt yapıda tasarlanabilmesi onu dikkat çekici kılmıştır. Bu çalışmanın temelinde değişken viskoz tork sönümüne sahip olan KAD-MR damper geliştirilmesi vardır. Başlangıçta, MR sıvı ve KAD-MR damper hakkında bilgi verilmiş, devamında ise KAD-MR damperin tasarımı gerçekleştirilmiştir. Tasarım parametrik hale dönüştürülerek sırasıyla manyetik alan analizi (ANSYS Magnetostatic) ve akış analizi (ANSYS-CFD) yapılarak sayısal çözümleme gerçekleştirilmiştir. Akışkan incelmesi veya kalınlaşması etkilerini dikkate almak için akış analizi Herschel-Bulkley modeli kullanılarak yapılmıştır. MR sıvının Herschel-Bulkley indeks bilgileri bir doktora tezinden, yoğunluk ve viskozite bilgileri ise üretici firmaya ait katalogdan referans alınmıştır. Akış analizindeki hareketin tanımlaması için profil dosyası yazılmıştır. Analitik olarak KAD-MR damperin tork sönümünü hesaplayabilmek için bir matematiksel bağıntı geliştirilmiştir. 0.6T manyetik alan altında 90 Nm tork sönümünü verecek olan KAD-MR damperin geometrik ölçüleri simülasyon sonuçlarına göre belirlenmiştir. Sonuçlar bu yaklaşımın KAD-MR damper tasarımı için kullanılabilir olduğunu göstermektedir.

A magnetorheological (MR) fluid consists of solid particles of magnetizing nature, with a micron level dimension, placed in a carrier fluid. By activating the MR fluid under an appropriate magnetic field, there are very fast and large increases in the apparent dynamic viscosities of these fluids. A limited angle rotary (KAD) MR damper is a system in which the MR fluid is exposed to the magnetic field at the determined locus while transferring the MR fluid from one section to the other with the wing motion. It is noteworthy that KAD-MR damper's high torque damping, low energy consumption, flow characteristics can be controlled by magnetic field and can be designed in a compact structure. At the heart of this work is the development of KAD MR damper with variable viscous torque damping. At the beginning, information about MR fluid and KAD-MR damper was given, followed by design of KAD MR damper. The design was transformed into parametric and numerical analysis was carried out by performing magnetic field analysis (ANSYS Magnetostatic) and flow analysis (ANSYS-CFD), respectively. Flow analysis was performed using the Herschel-Bulkley model to account for fluid thinning or thickening effects. Herschel-Bulkley index information of MR fluid is obtained from a doctoral dissertation, density and viscosity information are taken from catalog of manufacturer's company. The profile file is written to identify the movement in the flow analysis. Analytically, a mathematical relationship has been developed to calculate the torque damping of the KAD MR damper. The geometric measurements of the KAD-MR damper, which will produce a torque damping of 90 Nm under a magnetic field of 0.6T, are determined according to the simulation results. The results show that this approach can be used for KAD MR damper design.