Manyeto-reolojik sıvılı yarı-aktif bir sönümleyici tasarımı ve analizi
Design and analysis of a semi-active damper with mangnetorheological fluid
Yazar: ZEKERİYA PARLAK
Danışman: PROF. DR. İSMAİL ÇALLI
Sakarya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Enerji Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2010
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Akma gerilmesi = Yield stress ; Akış modelleri = Flow models ; Akış teorisi = Flow theory

Özet:
Sahip oldukları üstün özellikleri sayesinde hızla gelişen ve ilgi uyandıran yarı-aktif kontrol elemanları olan MR sıvılı damperler, sunduğu avantajlar sebebi ile taşıma araçlarında, inşaat sektöründe ve biyomedikal uygulamalarda kullanılmaktadırlar.Bu çalışmada MR damperin lineer olmayan histerisiz davranışını modelleyebilmek için Bouc-Wen modeli temelinde yeni bir dinamik model önerilmiş ve bu model ile MR damperin histerisiz davranışı modellenmiştir. Bu model ile kontrol uygulamaları için, damper kuvvetini sadece uygulanan akıma bağlı olarak tahmin edebilen bir denklem geliştirilmiştir.Bu çalışmada ayrıca, MR damper içinde piston hareketi ile meydana gelen akış ticari bir hesaplamalı akışkanlar dinamiği (CFD) kodu kullanılarak modellenmiş ve pistonun hareketi boyunca akış büyüklüklerinin değerleri elde edilmiştir. Geliştirilen CFD modelinde, akışkanın lineer olmayan özellik gösteren kanal içindeki manyetik alan etkisi altında bölgesi, piston hareketi ile birlikte tanımlanarak fiziksel durumla birebir bir benzeşim sağlanmıştır. Bununla birlikte yine ticari bir elektromanyetik simülasyon kodu kullanılarak manyetik alan büyüklükleri tahmin edilmiştir.MR damper optimizasyonu için Taguchi deneysel tasarım metodu kullanılmış ve optimum damper geometrisi elde edilmiştir. Ayrıca akış analizi ve manyetik alan analizlerinin sayısal çözümleri, tespit edilen hedef değerler için optimal geometrik büyüklüklerin elde edilmesi için kullanılmıştır.Taguchi deney tasarım metodu ile tespit edilen dokuz adet damper imal edilmiş ve bunların testleri gerçekleştirilmiştir. Aynı zamanda deneysel sonuçlar gerek analitik hesaplamalar gerekse sayısal hesaplama sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Bununla birlikte deneysel sonuçlar dinamik model parametrelerinin tespiti içinde kullanılmıştır.

Abstract:
Semi-active controllable devices with MR fluid which have drawn significant attention especially in transportation vehicle, building suspensions and biomedical applications in the last two decades owing to their unique advantages.In the study, a new dynamic model based on Bouc-Wen model was proposed. Nonlinear hysteresis behaviors of a MR damper could be modeled by this dynamic model. We modified the Model equation by substituting the model parameters in the proposed forms to generate an equation that is only current dependent for control applications.In this study also, fluid flow in MR damper which occurred by piston movement was modeled by using a commercial computational fluid dynamics (CFD) code and flow quantities were obtained for during a piston cycle. In the CFD model, nonlinear region that is under magnetic field in gap was described with piston movement thus it was provided exact similarity with physical condition. In addition to this, a commercial electromagnetic analysis code was used to estimate magnetic flux densities.The study deals with also the optimal sizing of the MR dampers using Taguchi design of experiments method and optimum damper geometry was obtained by the method. Moreover, numerical solutions of magnetic field analysis and fluid flow analysis were used to estimate optimal damper geometries for determined target values.Nine candidates damper determined according to Taguchi method were fabricated and tested. Experimental results compared to both numerical and analytical results. Experimantal data was used to estimate parameters of dynamic model.