Manyeto reolojik damper optimizasyonu ve dinamik model parametrelerinin tayini

Abstract

ÖZET Manyeto Reolojik (MR) Damperler, kontrol edilebilirlik, düşük güç gereksinimi gibi sahip olduğu üstün özellikleri sebebiyle hızla gelişen ve ilgi uyandıran yarı-aktif kontrol elemanlardır. Ancak yapısı gereği son derece doğrusal olmayan bir davranış göstermesi, bu elemanların kontrolünü zorlaştırmaktadır. Bu sebeple MR damperi oluşturan parçaların geometrik yapısının, MR damper davranışına olan etkisinin tam olarak bilinmesi zorunluluğunu getirmektedir. MR damper içinde bulunan MR sıvının manyetik alana olan duyarlılığı ile MR damper geometrisine bağlı olarak, MR damper içerisinde oluşan akışın tam olarak bilinmesi, MR damper davranışının kestirilmesi için önemlidir. MR damper geometrisini optimize etmek amacıyla, özellikle piston kafasında bulunan kanaldaki MR sıvı akışı, hem hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) hem de manyetik alan analizi ile beraber incelenmiştir. Belirlenen bir hedef kuvvete göre damper parametrelerinin en uygun değerleri bulunmaya çalışılmıştır. Bu çalışmaya paralel olarak manyetik analiz de gerçekleştirilerek akış bölgesinde oluşan akma gerilmesi hesaplanmaya çalışılmıştır. Uygun geometriyi tespit edebilmek için Taguchi optimizasyon yöntemi ilk defa kullanılmıştır. Bu kapsamda 9 adet MR damper imal edilmiştir. İmal edilen bu damperler test edilerek, analiz ile test sonuçları kıyaslanmıştır. MR damperden elde edilen kuvvetlerin, başta hedeflenen kuvvetlere büyük ölçüde uyduğu tespit edilmiştir. Dinamik model çalışmalarında ise, akış analizinde elde edilemeyen MR damper histerisiz davranışının da tahmin edilebildiği, hem cebirsel hem de zamana bağlı dinamik modeller incelenmiştir. İncelenen modeller literatürde çokça kullanılan, referans verilen veya uygulaması olan modellerdir. Modeller eğer zamana bağlı çözülmesi gerekli ise, Matlab/Simulink programı ile model parametreleri bulunmuştur. Sadece cebirsel ifadeli ise, Matlab-Eğri Uydurma programı aracılığı ile parametreler bulunmuştur. Elde edilen parametreler incelenerek, en az hataya sahip olanlar belirlenmiştir

ABSTRACT Magneto Rheological (MR) dampers are semi-active controllable devices, which have drawn significant attention especially in transportation vehicle and building suspensions in the last two decades owing to their unique advantages. However, the control accuracy of these devices is limited due to their inherent highly nonlinear hysteretic behavior. To enhance the controllability of an MR damper, the effects of its geometry and mechanical components on its behavior should be clearly identified. It is of crucial importance to describe the flow of MR fluid in an MR damper, which is strongly dependent upon the geometry as well as sensitivity of MR fluid to the applied magnetic field, in order to predict the operational behavior of an MR damper. In the present study, computational fluid dynamics (CFD) analysis of the flow of MR fluid inside the MR damper especially through the flow channel opened on the piston head has been performed in order to optimize the damper geometry. A CFD analysis, which is considered to result in more detailed and realistic information about the flow field and thus, is able to capture the hysteretic behavior of the MR damper, is intended to be utilized to seek for the optimum damper geometry in the preliminary design process. Once the optimum damper geometry is determined, the next step, which is also the essential part of the project, is to study the dynamic models to predict hysteretic behavior of the MR damper. For this purpose, a number of MR dampers were designed and manufactured within a certain range of dynamic load. Then, the prototyped dampers were tested to obtain force-time, force-velocity, and force-displacement curves for each damper. In this stage, several models were taken into consideration after a detailed literature search among the most commonly used dynamic models for MR dampers. After having identified the unknown parameters of each model, the most successful model was determined based on a comparison of errors between the model and test values through an error analysis. Moreover, it was intended to modify the present models to give more accurate and precise results. In the dynamic model study, hysteretic behavior of the MR damper, which cannot be portrayed by flow models, is described through use of algebraic and differential parametric models. The models are selected from the ones that have been most commonly studied, validated and referred in the literature. Model parameters are calculated via Matlab/Simulink and Matlab Curve Fitting toolbox for the differential and algebraic models, respectively. Then, the models are compared through an error analysis to find out the most successful model.