Manyetoreolojik (MR) sıvılı yarı-aktif bir amortisörün tasarımı ve prototip imalatı
Design and prototype manufacturing of a semi-active shock absorber with magnetorheological (MR) fluids
Yazar: TURGAY ERGİN
Danışman: PROF. DR. DURAN ALTIPARMAK
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2013
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Manyetit = Magnetite

Özet:
Manyetoreolojik (MR) sıvılar yarı-aktif sönümleme sistemlerinde kullanılan manyetik alan bağımlı sıvılardır. MR sıvılar genellikle taşıyıcı bir sıvı içersinde dağılmış manyetik parçacıklardan oluşmaktadır. Bu çalışmada, karbonil demir ve manyetit esaslı beş farklı MR sıvı silikon yağı içersinde kütlesel olarak %25 ve %40 demir konsantrasyonunda hazırlanmıştır. Ayrıca, karbonil demir parçacıklarının çökelmesini azaltmak için katkı maddesi olarak silika dumanı kullanılmıştır. Hazırlanan MR sıvıların çökelme kararlılıkları incelenmiştir. Daha sonra, MR sıvıların yoğunluğu bir piknometre ile ölçülmüştür. MR sıvı üzerindeki manyetik alan etkisi ANSYS/Electromagnetics yazılımında sonlu eleman metodu kullanılarak modellenmiştir. MR sıvıların performans testleri orijinal bir binek araç amortisörünün dış boyutlarına göre tasarlanıp üretilen MR amortisör prototipi kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Manyetik parçacık türü, konsantrasyon ve silika dumanı kullanımının MR sıvıların sönümleme performansı, çökelme kararlılığı ve dinamik kuvvet aralığı üzerindeki etkileri incelenmiştir. Akımın arttırılmasıyla, 169,4N?luk en yüksek sönümleme kuvveti %40?lık bir artışla kütlesel olarak %40 karbonil demir ve %2 silika dumanı içeren MRF-5?ten elde edilmiştir.
Yarı-aktif süspansiyon sisteminin sönümleme performansını pasif sistem ile karşılaştırmak için MR sıvıların farklı akımlardaki eşdeğer sönümleme katsayıları hesaplanmıştır. İki serbestlik dereceli çeyrek taşıt modeli kullanılarak süspansiyon sisteminin matematiksel modeli durum uzayı formunda elde edilmiştir. Daha sonra, bu matematiksel modele göre yarı-aktif ve pasif süspansiyon sistemlerinin simülasyonları MATLAB/Simulink?te oluşturulmuştur. Bu simülasyonlarda basamak, sinüs ve rastgele sinüs yol uyarıları kullanılmıştır. Sonuçlar, her iki sistem için zaman ve frekans alanı ortamında sunulmuştur. Yarı-aktif süspansiyon sisteminin pasif sistemle karşılaştırıldığında, sürüş konfor ve güvenliği açısından kayda değer bir gelişmeye sahip olduğu görülmüştür.

Abstract:
Magnetorheological (MR) fluids are magnetic field dependent fluids used in the semi-active damping systems. MR fluids usually comprise magnetic particles dispersed in a carrier liquid. In this work, carbonyl iron and magnetite based five different MR fluids were prepared with iron concentration of 25 and 40 wt% in silicone oil. Furthermore, fumed silica as an additive was used to reduce sedimentation of the carbonyl iron particles. The sedimentation stability of MR fluids prepared was examined. Then, the density of MR fluids was measured by a picnometer. The effect of magnetic field on MR fluid was modelled using the finite element method in ANSYS/Electromagnetics software. Performance tests of the MR fluids were performed using the prototype of MR damper designed and manufactured according to the external dimensions of the OEM shock absorber for a passenger car. The influences of the magnetic particle type, concentration and usage of fumed silica on damping performance, sedimentation stability and dynamic force range of the MR fluids were studied. Increasing the current, the highest damping force 169,4N with an increment of 40% was obtained from the MRF-5 containing 40 wt% carbonyl iron and 2 wt% fumed silica.
The equivalent damping coefficients of the MR fluids were calculated for different currents to compare the damping performance of the semi-active suspension system with the passive system. The mathematical model of the suspension system was obtained in state space form using a two degree of freedom quarter car model. Then, the simulations of the semi-active and the passive suspension system were performed in MATLAB/Simulink depending on this mathematical model. In these simulations, step, sinus and random sinus road excitations were used. The results were presented in time and frequency domain for the both suspension systems. It was concluded that the semi-active suspension system has a significant improvement for ride comfort and safety in comparison with the passive system.